概述
非晶合金是一种非传统的特殊金属，具有类似玻璃的非晶态组织特征，具有高强度、高硬度、高电阻、耐蚀及耐磨等许多优异性能，在许多领域有着广泛的应用前景，引起了国际学术界和工程界广泛关注[1]。
Zr基大块非晶合金（Bulk Metallic Glasses, 简称 BMG）是最适合加工成能应用于实际的非金合金，但铸造法是目前生产零件的主要工艺，无法加工成高精度的零件。切削加工是目前BMG的主要加工方法，也是加工的主要发展方向。国内外一些学者对BMG的切削性能和工艺特点进行研究，如Mustafa Bakkal等人对于Zr基BMG的车削和钻削过程进行研究[ 2,3 ]，张卫国则研究车削参数和刀具对BMG铣削的影响[4]。但总的来说，对BMG的切削研究较少，对其高速切削的研究更少，需要对BMG的切削机理进一步的研究。
为了了解BMG的高速加工的光洁度特性，本文以 Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5大块非晶合金（简称Vit1 ）为研究对象，通过高速铣削的正交试验，对其光洁度特性以及铣削参数影响进行研究。研究结果有利于对Vit1高速切削的切削机理的了解，为BMG的应用打下基础。
2 实验
2.1实验设备
在美国haas公司的VF1-YT立式高速铣床进行，刀具采用超微粒碳化钨钢立铣刀。采用干切削，逆铣进刀方式加工试样。
2.2实验方案
以切削速度vc（5000、10000、25000）(r/min)、进给量f（500、1000、1500）(mm/min)和轴向切削深度ap（0.1、 0.2、 0.3 ）(mm)为影响光洁度的三因素三水平。采用 L9(34)正交表设计了三因素三水平实验方案。
3 实验结果
3.1光洁度
9个试样光洁度测量结果分别是0.698、 1.029、 1.319、 0.705、 0.362、 1.343、 0.73、 0.980、 0.698(μm)及相关统计学处理分析结果R削速度：0.166，R进给量： 0.273， R切削深：0.052。从极差大小可知：对Vit1高速铣削表面光洁度的影响大小依次是进给量f，削速度vc，切削深度ap。进给量f对表面光洁度影响最大，所以要想获得较好的表面光洁度，要特别注意进给量大小的选择。
算术平均表面光洁度理论计算公式为：
Rmax=f2/（8re） （1）
其中 re为刀尖圆弧半径，f 为进给量。当刀具选定后，re的值为常数，f 则为影响光洁度的唯一因素。
这与实验的极差分析结果一致。图1(a)显示，当f增加，光洁度呈现增大的趋势，而且进给量在1000~1500mm/min时，光洁度急剧的增加。因为随着进给量增加，铣削厚度增加，铣削面积增大，表面金属塑性变形的体积增加，切削力增加，大量变形的大块非晶从副刀刃方向排出，表面光洁度值随之上升，表面形貌变差。
如图1（b）当主轴转速增大时光洁度值明显减小和传统脆性材料不一样，这说明高速铣削过程中，由于Vit1的特殊性，不能纯粹以脆性材料方面来考虑速度对光洁度的影响。
高速铣削的铣削力比常规铣削时减小到30％以上。由于铣削力小且变化幅度小，加工过程平稳，故振动对表面质量的影响很小。同时，由于铣削速度增大，铣削区温度升高，材料在高温作用下边层软化，形成薄薄的微溶层，Vit1大块非晶与前刀面的摩擦系数减摩小。加速切屑流动并带走热量。这些也有利于减少加工的内应力和热变形，提高加工质量和提高刀具耐用度。所以在高速铣削时，根据铣削力和铣削温度的变化规律和特征，在刀具材料和机床条件许可情况下，提高铣削速度是有利的。
（a）
（b）
（c）
图1 光洁度与各因素的变化关系。
如图1（c）随着切削深度增加，Vit1表面光洁度下降。这是因为随着切削深度的增大，铣削面积增大，切削力增大，变形增多，光洁度变差。其实在实际生产应用中，轴向切削深度的影响是非常小，可以忽略。但切削厚度不能过小或过大，过小使得刀具不能切入材料而只是加大摩擦，过大刀具会很快磨损或损坏。
3 结论
表面光洁度是描述和评价构件表面质量的重要特征。表面光洁度增大，会降低材料的疲劳强度，这种现象对Vit1这种高强度合金材料更为突出，必须注重对表面光洁度的控制。
(1) Vit1高速铣削时，对加工表面光洁度的影响大小依次是进给量f，速度vc和切削深度ap。
(2)Vit1高速铣削加工时，铣削温度的提高，加工有明显的微溶层痕迹，有助于减小加工光洁度。所以高速铣削加工是Vit 1的首选加工工艺。
参考文献
[1] 惠希东, 陈国良. 块体非晶合金［M］. 北京: 化学工业出版社, 2007: 12-15.
[2] M. Bakkal, A. J. Shih, R. O. Scattergood, C. T. Liu. Machining of a Zr-Ti-Al-Cu-Ni metallic glass[J]. Scri. Mater. 2004, 50（01）: 583-588.
[3] M. Bakkal, C. T. Liu, T. R. Watkins, R. O. Scattergood, A. J. Shih. Oxidation and Crystallization of Zr-based Bulk Metallic Glass due to Machining[J]. Intermetallics, 2004, 12（03）: 195-204.
[4] 张卫国. Vit1 块体金属玻璃的铣削性能研究［D］.秦皇岛: 燕山大学材料科学与工程学院,2012.