基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

目的 研究SiCp/Al复合材料切削过程中的表面损伤形成机制。方法 以SiCp/Al复合材料为研究对象,展开基于二维切削的仿真和实验研究,建立了包含铝合金2A14、SiC增强颗粒以及界面特性的SiCp/Al切削仿真模型,对作用于不同Si C颗粒部位的材料表面缺陷进行分析;接着利用高速直线电机搭建能映射二维切削条件的实验平台,在不同材料去除条件下,利用扫描电子显微镜和白光干涉仪对切削表面形貌进行测试,分析和验证切削表面损伤形成条件。结果 SiCp/Al复合材料切削表面损伤机理取决于SiC颗粒相对刀具切削路径的位置：当刀尖作用在Si C颗粒的顶部时,表面损伤主要为基体撕裂、颗粒破碎;当刀尖作用在Si C颗粒的中部时,表面损伤为颗粒破碎导致的裂纹和凹坑;当刀尖作用在Si C颗粒的底部时,表面损伤为颗粒拔出导致的凹坑。随着切削深度的增大,凹坑逐渐增多,表面粗糙度随之增大。结论 利用二维切削模型仿真方法和高速直线电机实验,可以有效研究复合材料切削损伤形成机制。Si C颗粒相对刀具切削路径的位置不同会导致切削损伤不同;SiCp/Al复合材料表面质量会随着切削速度的提升而有所提高。     

SiCp/Al复合材料导热性能的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟,建立了平面四颗粒和多颗粒随机分布复合材料测试模型,研究了颗粒体积分数、颗粒粒径、颗粒形貌以及基体对复合材料导热性能的影响.结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC颗粒体积分数增加而下降;复合材料热导率随颗粒粒径的增大而稍有变化;球形颗粒复合材料热导率高于方形颗粒复合材料热导率,ZL101基体复合材料热导率高于ZL102基体复合材料热导率.     

超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削（Conventional cutting,CC）与超声振动辅助切削（Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC）两种加工方式,通过有限元仿真软件 Abaqus 对 20%SiCp / Al 复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC 颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及 Al 基体撕裂是影响 SiCp / Al 复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力（主切削力）降低 33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为 531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题, 对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。     

SiCp/Al复合材料磨削加工去除机理的有限元分析

本文建立了SiCp/Al复合材料的二维实体模型,基于压痕断裂力学的方法,研究了压痕深度的变化对SiCp/Al复合材料磨削加工去除机理的影响。结果表明:随着压痕深度的增加,压头下方SiC颗粒的第一主应力逐渐变大,Al基体的von Mises等效应力也逐渐变大。当压痕深度大于等于0.15μm时,压头下方会形成塑形变形区;压痕深度大于等于0.292μm时,SiC颗粒会由于拉应力的作用而产生径向裂纹;当压痕深度超过0.34μm时,Al基体由于局部被压溃而影响SiCp/Al复合材料延性去除机理。     

原位TiCp／Fe复合材料的铸态和退火态力学性能及切削加工性

对化学成分不同的原位合成TiCp/Fe复合材料的铸态和退火态力学性能进行测试分析,并对样品进行切削试验,进而就切削力和表面粗糙度两方面分析比较其切削加工性.结果表明:原位TiCp/Fe复合材料切削加工性能良好;在一定范围内,TiC的体积分数大而基体含碳量低的复合材料切削力较小;当基体含碳量相差不大时,相同切削条件下TiC的体积分数越大、TiC颗粒越粗大,切削加工表面越粗糙.     

SiCp/Al复合材料超精密车削仿真与试验研究

针对SiC_p/Al复合材料因脆性相SiC的加入而导致难以形成高质量加工表面等问题,采用分子动力学模拟和超精密车削试验的方法对SiC_p/Al复合材料纳米尺度材料去除过程进行研究,重点分析了单晶金刚石超精密切削SiC_p/Al复合材料中的加工表面形成机理、脆塑性转变以及刀具磨损机理。结果表明:高压相变是引起SiC_p/Al复合材料中SiC脆性材料的脆塑性转变的主要原因。随着切削深度的增加,SiC_p/Al复合材料中SiC颗粒加工方式由延性去除,到脆塑性混合方式去除,最后演变为纯脆性去除方式。SiC_p/Al复合材料中SiC-Al界面和Al基体存在,影响了SiC_p/Al复合材料中SiC颗粒去除的脆塑性转变机制。待加工表面上拉应力的存在会诱导微裂纹尖峰,是切削区域脆性SiC材料裂纹萌生的直接诱因。单晶金刚石刀具主要磨损机理为硬质SiC颗粒的磨粒磨损和切削诱导的石墨化。     

高体积分数SiCp/Al复合材料平面磨削实验研究

本文使用SiC砂轮和金刚石砂轮对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行了平面磨削实验,研究了磨削深度和工件进给速度对磨削力的影响,并利用扫描电镜对已加工表面形貌进行了研究.结果表明:使用SiC砂轮加工时,磨削力随磨削深度的增加而增大;工件进给速度较低时,磨削力随工件进给速度增加而减小,当工件进给速度超过12...     

高体积分数SiCp/Al复合材料超声辅助划切微观去除机理

目的 揭示高体积分数SiC_p/Al复合材料在超声辅助加工条件下的材料去除机理。方法 采用SiC_p/Al复合材料的超声辅助划切试验,探究划切参数变化对超声振幅、划切力及摩擦因数的影响规律,并通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对划痕表面微观形貌进行观察,分析单点金刚石磨粒工具超声辅助划切材料去除的特点。结果 随着划切深度从0.01 mm增加到0.05 mm,电流值逐渐降低,电流值变化量从12 mA增加到25m A,超声振幅逐渐衰减,金刚石压头的轴向冲击作用减弱。划切深度和划切速度的增加使切向挤压切削作用增强,划切力和摩擦因数增大。在材料去除过程中,碳化硅颗粒存在破碎成小颗粒、剪切断裂破碎和拔出等多种去除形式,铝基体出现明显的塑性流动和涂覆现象,并形成切削沟槽外侧堆积。结论 当切削深度和进给速度较小时,材料去除主要是在轴向的高频振动冲击作用下完成,材料表面加工质量较好;当切削深度和进给速度逐渐增大时,材料去除是在轴向冲击破碎和切向挤压切削共同作用下完成,材料表面加工质量逐渐降低。     

航天用SiCp/Al复合材料ELID精密磨削磨床设计

SiCp/Al复合材料具有优异的力学性能和物理性能,在航空航天、汽车、电子、军事等领域被广泛应用。针对高体积分数SiCp/Al复合材料难加工的问题,采用ELID精密磨削技术与立式磨床结构设计相结合的方法,设计出一台ELID精密磨削机床。满足在一次装夹中对SiCp/Al零件外圆、内孔、端面和螺纹等关键结合面的精密磨削加工,从而保证零件的尺寸精度、位置精度和表面精度。文中着重介绍专机的设计思路、结构和磨削加工过程。     

高压渗流法制备中高体积分数SiCp/Al复合材料的研究现状

高压渗流法制备SiCp/Al复合材料因其适应性广、操作简单、易于实现中高体积分数SiCp/Al复合材料的生产等特点而受到广大科研工作者的关注与广泛应用。本文详细阐述了中高体积分数SiCp/Al复合材料的高压渗流工艺,包括预制体的制备和高压渗流过程两方面,并对预制体制备过程中颗粒粒径、添加剂等因素以及高压渗流过程中压力、温度等工艺参数对复合材料性能的影响进行了分析;简述了SiCp/Al界面润湿性的改善策略及其对复合材料性能的影响,以及热处理对复合材料组织与性能的影响;最后介绍了中高体积分数SiCp/Al复合材料的应用,并展望了高压渗流法制备中高体积分数SiCp/Al复合材料的发展前景。     

Machining Characteristics in Cryogenic Grinding of SiCp/Al Composites

In this study, liquid nitrogen was applied to grind SiCp/Al composites with high volume fraction and large SiC particle at different levels of cutting conditions, and the effects of grinding depth and speed on grinding force, surface morphology, and surface roughness were investigated. At the same time, the effect of cryogenic cooling was also compared with that of conventional wet grinding. The experimental results indicated that cryogenic cooling is effective in enhancing supporting function of Al matrix to the SiC particles and improving surface quality. Additionally, the brittle fracture of SiC particles was suppressed and some ductile streaks on SiC particle could be observed.     

Microstructure Characteristics of SiC Particle-Reinforced Aluminum Matrix Composites Coatings by Cold Spraying

A dense Al/SiCp composite coating with high volume fraction(60%)of nano SiCp reinforcement was fabricated by cold spraying of ball-milled Al-60SiCp composite powder.The morphologies evolution of the Al-60SiCp composite powder during ball milling and the microstructure and microhardness of the cold-sprayed Al-60SiCp composite coating were investigated.The results show that Al particles undergone fracture deformation and nano SiC particles are uniformly distributed in soft Al matrix after ball milling.A dense Al-60SiCp composite coating can be fabricated by cold spraying of ball milled composite powder.Nano SiC particles in the cold-sprayed Al-60SiCp composites coating exhibit a reasonably uniform distribution.The Hv0.5 microhardness of the Al-60SiCp composite coating is reached up to(5.30±0.53)GPa due to the enhancement of SiC particles,compared to(0.34±0.03)GPa for the pure Al bulk.     

压渗SiCp／Al电子封装复合材料的研究

采用压渗的方法制取了ＳｉＣ体积分数基本相同、而颗粒大小不同的ＳｉＣｐ／Ａｌ电子装封复合材料。测定热膨胀系数表明，在ＳｉＣ体积分数基本相同时，ＳｉＣ颗粒的大小对ＳｉＣ／Ａｌ复合材料的热膨胀系数影响很大。颗粒和基体界面面积的大小直接影响热应力的大小，从而影响基体的弹塑性行为。     

SiCp/Al复合材料的离心熔渗法制备及其性能

研究了反应离心熔渗法制备高体积比SiCp／Al复合材料的工艺过程及其抗弯强度。结果表明：通过适当的粒度配比，可在低温、低离心力下熔渗制备组织均匀的高体积比SiCp／Al复合材料，SiC颗粒体积分数可达到63％；复合材料的强度在很大程度上依赖于SiC颗粒尺寸及界面反应程度，合适的界面结合及细SiC颗粒的掺入有利于复合材料强度的提高；基体热处理改变了SiC颗粒所受应力状态，提高了复合材料的强度，其最高值可达519MPa。     

SiCp/A357复合材料流动性数值模拟与实验研究

搅拌铸造方法易于成型大尺寸复杂的复合材料零件,但是碳化硅颗粒加入使得复合材料的流动行为变得更加复杂,开展复合材料流动性研究至关重要。本文建立了SiCp/A357复合材料的流动模型,采用数值模拟及实验研究相结合的方法,研究了浇注温度及碳化硅体积分数对SiCp/A357复合材料流动性及流动充型过程碳化硅分布的影响。结果表明,随着浇注温度的提高SiCp/A357复合材料的流动性升高,这一趋势在半固态区间更为明显;但是随着浇注温度的提高,试样前端的碳化硅体积分数较末端减少加剧,复合材料中碳化硅的整体分布均匀性降低;随着碳化硅体积分数的增加SiCp/A357复合材料的流动性降低,且随着碳化硅体积分数的增加,试样前端碳化硅的体积分数减少程度减弱,整体的均匀性提高。上述的模拟结果与实验结果具有较好的一致性。