PCD纤维刀具切削碳化硅颗粒增强铝合金的试验研究

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al复合材料)因其优良的综合性能,在航天航空、汽车等领域应用广泛,然而硬质颗粒的加入给加工带来了很大困难.现采用PCD纤维刀具进行SiCp/Al复合材料的切削实验,通过Kister测力仪对切削力作在线测量,采用扫描电镜对加工表面形貌进行了显微观察,分析了进给速度、切削深度对切削力、表面质量的影响.结果表明:由于PCD纤维刀具加工最大未变形切削层厚度小,因而切削力小;当切削深度小于0.5 mm,进给量小于75 mm/s时,能获得较好的加工表面质量.     

颗粒增强复合材料加工表面粗糙度及刀具设计

分析了颗粒增强金属基复合材料的加工表面形貌特点。通过切削试验 ,研究了切削用量和材料组织结构对SiCp/Al已加工表面粗糙度的影响 ,并根据切削表面成形机理及刀具磨损的特征 ,设计了具有引导光整作用的硬质合金刀具。试验结果表明 ,该刀具可显著降低加工表面粗糙度和提高刀具寿命     

T6热处理对SiC_p/Al复合材料高速铣削加工性的影响

使用聚晶金刚石(PCD)刀具,在切削速度为1200m/min下对碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料进行铣削加工试验,研究SiCp/Al复合材料经T6热处理后对其高速铣削加工性的影响。结果表明:经T6热处理后,切削力/切削温度明显高于未热处理材料,切屑锯齿形明显,加工过程不稳定性增加,刀具承受冲击作用增大,导致PCD刀具发生较严重的崩刃、剥落、冲击裂纹等磨损形式,从而刀具使用寿命显著低于高速铣削未热处理材料。T6热处理材料高速铣削表面粗糙度Ra/Rz值一般低于未热处理材料,其加工表面变质层深度也显著低于未热处理材料,加工表面存在较少的坑洞、微裂纹、基体撕裂、基体涂覆等加工所致缺陷。     

SiCp/Al复合材料铣削加工工艺参数的优化实验研究

SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al复合材料)因具有优良的力学性能而在航天航空、汽车等领域应用广泛.现采用硬质合金立铣刀在五轴联动加工中心对SiCp/Al复合材料进行铣削加工,通过正交试验,分析了主轴转速、进给量、切削深度对铣削力、表面粗糙度的影响;从材料去除率、加工表面质量等方面考虑,得到了所选参数范围内较优的铣削加工工艺参数组合:主轴转速5000 r/min,切削深度1 mm,进给量0.02 mm/z.     

SiC_p/Al复合材料的超精密车削试验

试验研究了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的超精密车削加工性能.使用扫描电镜(SEM)对已加工表面、切屑及其根部、刀具前/后刀面磨损带进行观察,使用表面粗糙度轮廓仪对各种切削条件下的加工表面粗糙度轮廓进行测试分析.结果表明,该材料的加工表面常残留微孔洞、微裂纹、坑洞、划痕、残留物突起及基体材料撕裂等微观缺陷,刀具几何参数、切削速度、进给量、增强颗粒尺寸和材料体积分数是影响表面粗糙度的主要因素.由于切削变形区微裂纹动态形成的作用,超精密切削该材料时一般形成锯齿型切屑.刀具-工件的相对振动、基体撕裂增强颗粒拔出、破碎、压入等是该材料超精密车削表面形成的主要机制.单晶金刚石(SCD)刀具主要发生微磨损、崩刃、剥落和磨粒磨损,聚晶金刚石(PCD)刀具主要发生磨粒磨损和粘结磨损.结论表明SiCp/Al的超精密切削加工性较差,但通过选择合适的工艺参数,体积分数为15%的SiCp/2024Al加工表面粗糙度Ra可达24.7 nm.     

高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌及切屑机制的研究

为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌,采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明,在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时,干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构,还是在切屑形成及形貌上,都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。     

颗粒增强铝基复合材料铣削加工实验研究

使用K10硬质合金铣刀,在不使用冷却液的条件下,对A12024/SiCp复合材料进行铣削加工实验,研究切削参数和颗粒尺寸对表面质量、切削力、刀具磨损的影响.研究表明,随着增强颗粒尺寸的增大,表面变粗糙、切削力增大和刀具磨损加重;在不同的切削条件下,法向力均大于切向力.随着切削用量的增大,铣削力呈增大趋势,其中,吃刀量对铣削力的影响最大,切削速度的影响最小;加工表面上存在凹坑、颗粒突起和基体材料涂敷等缺陷,表面粗糙度随着颗粒尺寸增大而增大,随着切削速度的提高而减小.     

PCD刀具超声振动切削金属基复合材料SiCp/Al的特性研究

试验研究了普通和超声切削新型颗粒增强金属基复合材料SiCp/Al的切削特性 ,得到超声振动切削该材料的切屑形态、切削力变化规律     

高速铣削SiC_p/Al复合材料表面形貌功率谱密度研究

为了研究切削参数对高速铣削SiCp/Al复合材料表面微观形貌的影响,本文采用不同切削参数进行了高速铣削实验,利用Talyscan150型表面粗糙度测试仪对加工表面进行测量,对获得的表面数据进行功率谱密度(PSD)分析。结果表明:高速铣削SiC颗粒增强铝基复合材料时,进给量与铣削深度对功率谱密度影响不大,切削速度是主要影响因素,并且随着切削速度的增大,功率谱密度值降低,表面质量提高。加工表面的主要空间波长成分能够反映加工工艺条件对加工表面形貌的影响。     

混粉电火花加工SiCp／Al复合材料的工艺研究

为解决常规机械方法难以高精度加工SiCp／Al复合材料的问题,采用混粉电火花加工方法,成功加工出平均表面粗糙度值为Ra0．682μm的φ50mm圆平面,并总结出混粉电火花加工SiCp／Al复合材料的工艺规律,形成了一套较完整的加工工艺电参数,证明了混粉电火花加工SiCp／Al复合材料是完全可行的,在传统切削加工SiCp／Al复合材料方法之外开辟了一条新的加工途径,并为SiCp／Al复合材料的应用开辟了更广阔的应用领域。     

混粉电火花加工SiCP/AI复合材料的工艺研究

为解决常規机械方法难以高精度加工SiCp/Al复合材料的问题,采用混粉电火花加工方法,成功加工出乎均表面粗糙度值为 Ra0.682 μm的φ50 mm圆平面,并总结出混粉电火花加工SiCp/AJ复合材料的工艺规律,形成了一套较完整的加工工艺电参数,证明了混粉电火花加工SiCp/Al复合材料是完全可行的,在传统切削加工SiCp/Al复合材料方法之外开辟了一条新的加工途径,并为SiCp/Al复合材料的应用开辟了更广阔的应用领域.     

SiCp/Al复合材料切削过程的颗粒损伤研究

SiCp/Al复合材料动态去除过程中极易发生颗粒损伤,为避免或利用复合材料切削加工过程中的颗粒损伤现象,优化SiCp/Al复合材料切削加工,深入研究了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤现象及其对切削加工的影响。首先,通过位错塞积理论和切屑根部微观观察,揭示了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤机理,发现位错塞积引起的应力集中是导致界面脱粘的主因,颗粒断裂主要是由集中应力、刀刃挤压颗粒、局部颗粒聚集挤压以及颗粒连成网状结构引起;然后,基于考虑颗粒影响的动态本构模型、Eshelby等效夹杂理论、Weibull统计分布和刀刃-颗粒接触分析,建立了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤度模型,并借助图像处理技术验证了模型的有效性;最后,根据颗粒损伤度预测结果,分析了颗粒损伤度对SiCp/Al复合材料切削加工的影响。结果显示,颗粒损伤度增大,会使切屑锯齿化程度增强,并严重降低已加工表面质量;颗粒损伤会显著影响颗粒强化效应,导致切削力随颗粒含量增大先升后降、随颗粒尺寸增大而降低。     

车削SiCp/Al复合材料切削力预测模型研究

车削SiCp/Al复合材料切削力对刀具耐用度、零件加工质量有重要影响.为了准确预测SiC颗粒增强Al基复合材料车削时的切削力,提出了一种较为新颖的切削力预测模型.在该模型中,针对车削特点,将切削力产生归结于2个来源,即剪切变形区、前刀面摩擦区,重点分析了SiC颗粒对前刀面摩擦区的影响.利用PCD车刀和LG Mazak数控车床,进行了体积分数40%的SiCp/Al复合材料的车削实验.结果表明,该切削力模型在一定的切削参数条件下能够较准确地预测切削力.     

微裂纹特性对复合材料切削性能影响研究

通过观察碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）切削加工试验过程,测量并分析了不同切削用量条件下切削力、切屑形态及微观金相组织的变化规律,采用对比分析方法得出了切屑形态的变化与切削用量及切削力之间的关系,SiCp/Al复合材料的内部缺陷,例如颗粒分布不均匀、微裂纹以及气孔是影响其切削性能的主要因素。     

高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的试验研究

由于大量高硬度增强相SiC颗粒的存在,高体积分数铝基碳化硅（SiCp/Al）复合材料的机械加工十分困难。旋转超声加工被认为是加工这种材料的有效方法。通过超声辅助划痕试验,分析高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的材料去除机理。在超声振动的作用下,材料中铝基体发生塑性变形,其表面得到夯实;SiC增强相被锤击成细小的颗粒而发生脱落,形成较大的空洞。由于材料加工的缺陷大多产生于SiC颗粒的去除过程中,SiC颗粒的去除方式对加工表面的质量起着决定性的作用,选择合适的工艺参数可以有效提高加工表面质量。旋转超声加工工艺特征试验表明,超声振动可有效降低切削力;主轴转速对轴向切削力的影响最大,其次是进给速度,切削深度对轴向切削力的影响较小;另外主轴转速对表面质量的影响效果也最大,并随主轴转速的增大表面粗糙度增大。因此在加工过程中,可以适当加大切削深度,在保证加工质量的基础上,选择较大的进给速度,在保证刀具寿命的前提下,选择合适的主轴转速,以获得较优的加工表面质量和加工效率。     

切削SiCp/Al复合材料的切屑形成及颗粒损伤仿真分析

为探究SiCp/Al复合材料在切削过程中的切屑形成及颗粒损伤过程,运用ABAQUS有限元分析软件建立了考虑颗粒随机分布的SiCp/Al复合材料切削仿真模型,并在模型中分别定义了Al基体、Al基体-SiC颗粒结合界面以及SiC颗粒的损伤失效行为。结果表明,裂纹在Al基体-SiC颗粒结合界面或Al基体中的形成与扩展是导致切屑断裂的主要原因,也是影响切屑形态的主要因素;SiC颗粒存在完全断裂、局部破碎、整体拔出以及局部脱黏等损伤形式,并相应在切削加工表面或亚表面留下划痕、凹坑、孔洞和凸起等缺陷;椭圆形SiC颗粒的中心位置相对于切削路径的位置越高,SiC颗粒越容易脱黏,切削加工表面缺陷也越小;椭圆形SiC颗粒倾斜夹角(椭圆形长轴与切削方向之间的夹角)为135°时,颗粒损伤程度最高,切削加工表面缺陷最大。分析切屑形成和颗粒损伤过程是研究SiCp/Al复合材料切削加工特性的有效途径,对于优化SiCp/Al复合材料的制造工艺,改善SiCp/Al复合材料已加工表面质量具有重要意义。     

SiCp/Al复合材料切削参数多目标优化方法

为了探究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削加工性,进行了多目标切削参数优化。确立了基于最佳表面粗糙度、最高加工效率和最小切削功率的切削参数优化目标。设计了基于刀尖圆弧半径、切削深度、进给量和切削速度的正交实验方案;通过探针式粗糙度仪测量表面粗糙度,通过压电式测力仪测量切削力,材料去除率通过计算获得;利用方差分析法对各输出变量进行切削参数的显著性检验,并通过灰度关联法进行了切削参数多目标优化。     

高速车削SiCp增强铝基复合材料表面粗糙度试验

SiCp/Al复合材料高速车削时,存在表面缺陷形态多变、表面粗糙度值过大、表面质量差等问题.为了探究影响高速车削表面粗糙度的切削参数,获得较好的表面粗糙度,设计了基于切削速度、进给量、切削深度、刀尖圆弧半径4个切削参数的16组正交试验.通过进行正交切削试验,获得4参数不同水平下的零件表面粗糙度值,通过田口方法研究了SiCp/Al复合材料高速车削时的最佳加工参数,并建立了表面粗糙度的经验公式.最后,再次进行切削试验,试验结果验证了两种表面粗糙度预测方法的有效性及正确性.     

SiCp/Al复合材料的加工表面质量研究进展

SiC颗粒增强Al基(SiCp/Al)复合材料由于具有优良的综合性能,在同类复合材料中有较大优势,因而在许多对材料具有较高要求的行业中得到了广泛应用,并体现出相应的使用价值。但是,增强相颗粒的加入导致SiCp/Al复合材料加工性能降低。本文结合不同加工技术,并从切削参数、刀具条件和增强颗粒特征等角度综述了国内外学者对SiCp/Al复合材料加工表面质量的研究状况,并对其影响因素进行了详细的论述。     

纳米硬质合金刀具切削Al/SiC_p复合材料的实验

针对SiC颗粒硬度高,切削Al/SiCp复合材料时刀具磨损剧烈,本文提出用具有较高硬度、韧性及良好抗磨损能力的WC-7Co制备纳米硬质合金刀具,并对Al/SiCp复合材料进行了切削实验。研究了纳米硬质合金刀具磨损机理和Al/SiCp复合材料的切屑去除机理,以及刀尖处后刀面磨损值。研究认为,纳米硬质合金刀具磨损的机理为SiC颗粒的微切削作用引起的磨料磨损,及SiC颗粒对刀尖刃口的高频、断续冲击引起的微崩刃及微破损;Al/SiCp复合材料的切削实质是断续切削;去除机理为切屑的崩碎去除;纳米硬质合金后刀面磨损值较普通硬质合金小30%～50%。实验表明,纳米硬质合金较普通硬质合金更适于加工Al/SiCp复合材料。