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。     

SiCp/Al复合材料高速切削的研究现状

介绍了SiCp/Al复合材料的特点、应用现状和加工难度,综合评述了SiCp/Al复合材料高速切削的国内外研究现状,分析了目前存在的主要问题及今后的研究方向。     

超声振动切削SiCp/Al复合材料的刀具磨损试验

分别采用超声切削和普通切削两种方式对SiCP/Al复合材料进行了车削试验,研究了切削参数对硬质合金YG6刀具磨损的影响规律,并在同等条件下与聚晶金刚石(PCD)刀具进行了对比。发现超声切削的刀具磨损量要小于普通切削的刀具磨损量;超声切削时PCD刀具的磨损量约为YG6刀具磨损量的1/10,这点和普通切削十分相似。     

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。     

SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究

由于SiCp/Al颗粒增强复合材料具有高比模量、高比强度、耐磨性好、耐高温和导热导电性能良好等优异性能,使其在工程应用中成为了传统金属的精良替代品。针对体积分数为45%的SiCp/Al颗粒增强复合材料进行切削研究,建立切削仿真模型,从应力场的分布情况、颗粒的断裂与破碎机理以及切屑表面的裂纹扩展等方面对切削机理进行仿真分析,并通过铣削实验进行了验证。结果表明,颗粒的断裂与破碎主要发生在剪切区和工件与切屑的分离面,同时由于颗粒的存在会使切屑表面产生微裂纹,微裂纹的扩展是影响切屑表面形态的重要因素。     

高速正交切削SiCp/Al复合材料切削温度仿真研究

使用ABAQUS有限元软件对高体分SiCp/Al复合材料的颗粒和基体进行分别定义,仿真研究了高速切削复合材料时的温度场,分析了切削过程中切削用量和刀具角度对工件切削温度的影响。结果表明:在切削过程中,与刀具接触位置的颗粒温度较高且应力值较高;SiC颗粒的温度较Al基体的温度低;第一变形区发现一条沿着剪切角方向非常明显的温升带。在稳定切削阶段,与刀尖接触位置的工件温度较高,且应力集中现象总是发生在SiC颗粒上。随着切削深度和切削深度的增加,切削过程中工件的最高温度均随之增加;随着刀具前角和后角的增大,切削过程中工件的最高温度均随之降低。     

超精密切削SiCp/Al复合材料力学性能仿真

研究了超精密切削加工SiC_p/Al复合材料的力学性能,运用ABAQUS有限元软件建立三维有限元模型,分析刀具前角和切削速度对切削力的影响。仿真和数据分析表明:平均主切削力随切削速度的增大而增大,随刀具前角的增大而减小;由于SiC颗粒的存在,切削时应力过大容易加快刀具磨损。     

超精密切削SiCp/Al复合材料有限元仿真研究

针对超精密切削SiC_p/Al复合材料加工时表面质量不高的问题,利用ABAQUS有限元分析软件建立三维仿真模型来动态模拟切削表面形成过程。分析了SiC颗粒破碎过程,研究工件表面形成机理;通过比对不同切削深度下的加工表面形貌,分析了刀具相对颗粒位置的变化对表面形貌的影响。结果表明:SiC颗粒存在轻微破损、破裂、断裂现象,加工表面出现空穴、凹坑、划痕三种不同类型的加工缺陷。     

切削SiCp/Al复合材料刀尖圆弧半径对棱边缺陷的影响

运用有限元软件ABAQUS建立了二维切削有限元模型,模拟了碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料的切削过程。通过切削过程中等效应力的变化分析了棱边缺陷的形成过程,进而研究刀尖圆弧半径对切削时出口棱边缺陷的影响。结果表明,在其他切削条件相同的情况下,棱边缺陷随刀尖圆弧半径的增加而逐渐增大。     

20 vol％SiCp/Al复合材料—硬质合金摩擦磨损表面形貌研究

以YG6X硬质合金为对磨材料,借助MMUD-5摩擦磨损试验机研究了载荷、转速和温度对20vol%SiC_p/Al复合材料干滑动摩擦磨损性能的影响,并采用SH-4000M扫描电镜和VHX-2000三维超景深光学显微镜对试样的摩擦磨损带进行观察。结果表明:当载荷小于150N时,表面质量较好,只有轻度涂覆现象;当载荷大于200N时,随着载荷的增加,表面质量越来越差,表面磨损主要为犁沟和剥离;在较低转速下,表面磨损主要是剥离和犁沟;在较高速度下,材料表面因较高的温度产生塑性形变,出现了裂纹和粘着磨损;当温度超过100℃后,磨损表面产生塑性变形,且随着温度升高,表面磨损由犁沟和剥离转变成粘着磨损和颗粒拔出等损伤。     

SiC_p/Al复合材料钻削加工棱边缺陷影响因素的研究

为了研究Si Cp/Al复合材料的边缘断裂特性及钻削机理,运用ABAQUS有限元软件建立了钻削模型,选用适当的本构模型和材料参数,分析了钻削加工的棱边缺陷形成过程及钻削过程中切削参数对棱边缺陷的影响。结果表明,在主轴转速不变的情况下,增加进给量会增加钻头与工件的接触面积,从而使切削力增加,进而会增加棱边缺陷的尺寸。得出的结论可以为Si Cp/Al复合材料钻削加工及棱边缺陷的控制提供理论依据。     

SiCp/Al复合材料镀金工艺研究

SiCp/Al复合材料导电性差、膨胀系数低,尤其是不具备钎焊能力。为了满足封装壳体的良好钎焊性能,必须对其表面进行镀金改性处理。文中针对SiC体积分数高达60%以上的SiCp/Al复合材料进行镀金工艺研究,主要目的是解决镀金层与基材之间的结合力难题。通过工艺试验,采用工艺分步实施化学镀镍、热处理、电镀镍、电镀金步骤,得到的镀层表面光滑平整,没有明显的结瘤和夹杂,与基材的结合力强。该工艺作为SiCp/Al可焊性表面处理技术之一,对于其他铝基复合材料表面处理具有重要的参考价值。     

晶粒长大抑制剂对超细硬质合金刀具磨损性能的影响

对添加和不添加晶粒长大抑制剂的WC-10Co超细硬质合金刀具,分别进行了切削高温合金GH2132的刀具磨损试验,并对试验结果进行线性回归,建立了刀具寿命TL与切削速度v之间关系的经验公式,利用ZEISS连续变倍体视显微镜及显微摄影系统观察了刀具刃口和后刀面的磨损形貌,并对达到磨钝标准时的刀具后刀面磨损微区成分进行了电子探针能谱分析,探讨晶粒长大抑制剂对刀具磨损性能的影响机理。结果表明:晶粒长大抑制剂可以提高超细硬质合金刀具的耐磨性,不但使抗粘接磨损的能力得到提高,而且使抗磨料磨损、撕裂剥落和扩散磨损的能力也得到了提高。     

SiCp/Al复合材料薄壁件车削加工变形的仿真研究

通过建立Si Cp/Al复合材料薄壁件的三维有限元模型,运用ABAQUS有限元软件对其车削加工过程进行模拟分析,研究了切削速度、进给量和背吃刀量等切削参数对薄壁件加工变形的影响规律。结果表明,在工件端部对Si Cp/Al复合材料薄壁件进行切削时,最大径向变形和最大挠曲变形都发生在切削区域,并随着背吃刀量的增加而增大,随着进给量的增大而增大,随着切削速度的提高呈增大趋势。其中背吃刀量对Si Cp/Al复合材料薄壁件变形的影响最显著,切削速度影响较小。     

SiCp尺寸及含量对Al基复合材料磨损表层、亚表层形貌的影响

分别以亚微米级 (130nm)、微米级 (14 μm)SiCp和微米级 (2 0 0目 )Al粉为原料 ,采用冷压烧结和热挤压方法制备出不同体积含量 (1 5 %、 5 % )亚微米、微米级SiCp增强Al基复合材料。研究复合材料磨损表面、亚表层形貌 ,结果表明 :SiCp/Al复合材料具有优良的耐磨性能 ,随着SiCp尺寸的增大 ,含量的增高 ,耐磨性能提高 ;其耐磨机理是磨损表面和亚表层在摩擦推挤形变的作用下形成了Al基体加尺寸适中、近球状、分布弥散SiCp的耐磨组织     

WC-10wt.%Ni3Al硬质合金刀具与0Cr18Ni9不锈钢的元素扩散研究

采用扫描电镜(SEM)/能谱分析仪(EDS)分析,进行了WC-8wt.%Co和新型无钴硬质合金刀具WC-10wt.%Ni3Al与0Cr18Ni9奥氏体不锈钢元素扩散的研究,用维氏硬度测量仪测量了扩散界面处的硬度,并对刀具的元素扩散机理进行了分析。结果表明:WC-8wt.%Co中的粘结剂元素Co会扩散到0Cr18Ni9中,而WC-10wt.%Ni3Al中的粘结剂组成元素Ni几乎不发生扩散;粘结剂元素Ni会降低硬质合金基体元素W、C向0Cr18Ni9的扩散,扩散温度在400℃时影响较小,当温度达到800℃时,材料WC-10wt.%Ni3Al中的W、C元素向0Cr18Ni9的扩散程度明显比WC-8wt.%Co材料低;WC-10wt.%Ni3Al刀具材料在靠近扩散结合面附近的硬度损失率比WC-8wt.%Co小。