摘要
块体金属玻璃（bulkmetallicglass,简称BMG）具有非晶态的原子结构，其高强度、高硬度、高弹性极限、低导热系数以及良好的抗腐蚀性和抗辐射性使其具有广阔的应用前景。金属玻璃的性能受温度影响较大，切削加工时产生的切削热可能会对金属玻璃的性能以及原子结构产生影响。低速切削时机床振动较小、切削温度较低，切削性能较高速切削时不同，并且能够获得更好的表面质量。本文以锆基块体金属玻璃Zr57Cu20Al10Ni8Ti5（at.%，以下简称Zr57BMG）为加工对象，研究其在低速切削下的性能以及切削机理。在不同的切削速度、切削深度、进给量下对Zr57BMG进行低速车削实验，并与45钢、Zr702、钛合金TC4以及金属玻璃复合材料Zr48Cu47.5Co0.5Al4（at.%，以下简称Zr48BMGC）进行对比。论文主要工作如下： （1）虽然金属玻璃在五种金属材料中具有最高的硬度和强度，但在低速切削下并未表现出较大的切削力。这可能是由于产生的切削热使材料温度升高，材料发生软化，切削时的剪切抗力下降。随着切削速度的增大，Zr57BMG的主切削力略微下降，进给力和背向力的总体变化趋势不明显。进给力、主切削力随切削深度成正相关变化，背向力呈现出先增大后减小的趋势。切削力受进给量变化的影响程度低于切削深度。 （2）相较于其他合金材料，Zr57BMG总体上具有最低的算术平均表面粗糙度值（Ra，以下简称表面粗糙度），同时加工表面仍然保持了非晶态原子结构，展现出良好的切削性能。表面粗糙度随切削速度增大略有升高。在低进给量下，表面粗糙度受切削深度的影响较小，而在高进给量下随切削深度的增大而增大。表面粗糙度随着进给量增大明显变大。 （3）Zr57BMG的切屑为锯齿状，切屑形态分为C形屑和螺卷屑，其形成遵循绝热剪切原理。随着刀具进给，工件内产生挤压变形区和剪切集中区，当挤压变形区达到最大时，在剪切集中区域发生了剪切滑移产生锯齿状切屑。在每个剪切层上存在次级剪切带，这是由于切削过程中发生局部剪切化及剪切带的灾难性断裂，变形方式类似于非均匀变形。切屑背面发现了大量剪切带，C形屑的产生正是由于螺卷屑上的剪切带在扩展过程中发生了灾难性断裂。 采用正交实验研究了低速切削参数对Zr57BMG切削力和表面粗糙度的影响规律。低速切削参数对切削力的影响从大到小依次为：切削深度、进给量、切削速度。对表面粗糙度的影响从大到小依次为：进给量、切削深度、切削速度。Zr57BMG在低速切削时的最佳参数为切削速度0.05m/s，切削深度0.2mm，进给量0.039mm/r，在该参数范围内可获得较低的表面粗糙度值和较小的切削力。本文丰富了非晶态金属玻璃的低速切削理论，可为研究金属玻璃的切削原理提供理论依据。同时提出了最优的切削参数，为金属玻璃实际加工生产提供有效的切削方案。
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