超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料由于优异的性能在航空航天、汽车生产等领域中得到了广泛的应用。为了深入了解超声振动辅助车削SiCp/Al的切削机理,使用有限元仿真软件ABAQUS建立了超声振动辅助车削SiCp/Al的三维仿真模型,并分别对颗粒、基体及内聚力模型进行定义。针对所建立的三维模型仿真分别分析了不同切削速度、切削深度、刀具振幅以及刀具振动频率的SiCp/Al切削温度。从仿真结果可以看出:超声振动辅助切削SiCp/Al时,SiC颗粒的温度普遍比Al基体的温度要低,切削过程中工件的温度与切削速度、切削深度和刀具的振幅成正比,但是随着刀具振动频率的增加温度反而会降低,另外在剪切带的切削温度最高。     

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。     

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。     

基于有限元的SiCp/Al复合材料切削机理及表面质量研究

为了研究SiC_p/Al复合材料的切削机理以及切削参数对加工表面质量的影响规律,建立了综合考虑颗粒分布、颗粒-基体界面模型及颗粒损伤行为的切削仿真模型。研究表明：切削过程中主要存在基体塑形变形、SiC颗粒破碎及颗粒脱粘等失效形式,且颗粒与切削路径的相对位置对颗粒的去除机理有很大影响。随着切削深度的增加,切屑尺寸、主切削力的波动程度及其平均值增加,颗粒破碎程度加剧。增大切削速度有利于提高已加工表面的完整性。     

基于有限元的SiCp/Al复合材料切削机理及表面质量研究

为了研究SiC_p/Al复合材料的切削机理以及切削参数对加工表面质量的影响规律,建立了综合考虑颗粒分布、颗粒-基体界面模型及颗粒损伤行为的切削仿真模型。研究表明：切削过程中主要存在基体塑形变形、SiC颗粒破碎及颗粒脱粘等失效形式,且颗粒与切削路径的相对位置对颗粒的去除机理有很大影响。随着切削深度的增加,切屑尺寸、主切削力的波动程度及其平均值增加,颗粒破碎程度加剧。增大切削速度有利于提高已加工表面的完整性。     

碳化硅增韧氧化铝基陶瓷刀具切削Inconel718合金的刀具界面行为研究#br#

通过宏观实验发现在切削过程中刀具的Al2O3/SiC界面发生了断裂;建立了碳化硅增韧氧化铝基陶瓷刀具切削Inconel718镍基合金的分子动力学模型和单一界面的Al2O3/SiC三维界面模型,从原子尺度分析碳化硅增韧氧化铝切削过程的界面行为。在原有势函数的基础上计算了刀具与工件原子间、刀具内部基体与增韧间的Morse势函数,分别计算了单相Al2O3、单相SiC、复相Al2O3/SiC单一界面的界面结合能。研究结果表明：与单相界面相比,复相Al2O3/SiC界面结合强度较高,SiC增韧能够增强刀具的韧性和强度,但切削过程中出现了工件原子扩散到刀具中的现象。对扩散后刀具基体和增韧间形成界面的界面结合能进行了计算,发现刀具的界面结合强度有所降低,使刀具在Al2O3/SiC界面处发生断裂。     

虑及颗粒—基体摩擦行为影响的SiCp/Al切削仿真研究

摩擦系数是影响切削过程中切削力、切削热以及已加工表面形貌的重要参数。通过搭建力—热可控摩擦实验平台,探究温度—压力影响下SiC_p/Al切削过程中颗粒—基体两相摩擦行为。基于摩擦工件表面粗糙度与表面形貌,揭示了温度—压力影响机理。结果表明,温度—压力作用本质是影响SiC颗粒磨削深度;摩擦系数受压力影响较大,而温度、压力与颗粒自锐性三者的共同作用决定摩擦后工件表面粗糙度。考虑颗粒—基体摩擦行为影响的SiC_p/Al切削仿真模型能有效预测切削力,平均误差为3.28%;提高切削速度可有效改善SiC颗粒犁耕基体形成的三角形缺陷宽度,平均减少38.3%。该研究为进一步理解SiC_p/Al切削过程中的摩擦特性与提高仿真预测精度提供了理论基础。     

纳米硬质合金刀具切削Al/SiCp复合材料实验

SiC颗粒具有较高的硬度,使Al/SiCp复合材料在切削时刀具磨损剧烈。纳米硬质合金具有较高的硬度、韧性及良好的抗磨损能力。制备了纳米硬质合金刀具WC-7Co,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;Al/SiCp复合材料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%。     

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。     

高效切削钛合金Ti-6Al-4V硬质合金刀具扩散磨损研究

钛合金化学活性高,在切削过程中与硬质合金刀亲和性大,导致刀具易于发生扩散磨损。在使用硬质合金刀具切削钛合金Ti-6Al-4V试验及切削仿真分析基础上,采用SEM的EDAX研究刀具的扩散磨损,通过研究切削温度及刀-屑/工件接触区压力对扩散磨损的影响,并借助相图分析刀-工件之间的元素亲和力,进而研究扩散磨损的形成机理。结果表明:钛合金切削温度高,并且随着切削速度的增加,切削温度上升;在刀-屑以及刀-工件接触区,最高温度处于刀尖部位靠前刀面的位置。钛合金的加工回弹,造成刀-工件接触面摩擦加剧,使得整个接触区域的最高压力位置位于刀尖附近靠近后刀面的位置。在接触区的高温高压下,硬质合金刀具前、后刀面均发生元素扩散,且前刀面扩散现象比后刀面较为严重;随着切削速度的增加,加剧了扩散现象的发生。     

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。     

SiC_p/Al复合材料铣削残余应力的有限元分析

SiC_p/Al复合材料属于典型难加工材料,大量Si C颗粒离散分布其中,导致在铣削加工高体积分数SiC_p/Al复合材料时,加工表面容易出现应力分布不均现象,严重影响材料的稳定性。为了研究SiC_p/Al复合材料加工表面残余应力,通过ABAQUS有限元分析软件建立了SiC_p/Al复合材料三维铣削有限元模型,并分析了切削工艺参数对残余应力的影响。结果表明:切削速度对残余应力变化影响较小,每齿进给量对残余应力变化影响较大,所得结果与经验计算值吻合较好。     

An experimental study on formation mechanisms of edge defects in orthogonal cutting of SiCp/Al composites

In this study, orthogonal cutting of SiCp/Al composites with a polycrystal diamond tool has been carried out. The influences of cutting velocity, cutting depth, and tool rake angle on the cutting force and edge defects near the exit of orthogonal cutting were analyzed in detail. The research results show that the influence of the cutting depth on cutting force is most obvious, and there is a close relationship between the cutting force and the size of edge defects. At the same time, the fractographs indicated that the brittle fracture mode corresponds to the dominant failure mode during machining of SiCp/Al composites with higher volume fraction and larger SiC particle. Therefore, in the precision and super-precision manufacturing of SiCp/Al composites, with a proper tool rake angle, adopting higher cutting velocity and lower cutting depth not only can reduce the cutting force effectively but also can ensure cutting edge quality.     

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。     

SiC_p/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。     

SiCp/Cu复合材料切削加工性及其加工表面微观结构研究

通过应变测力仪，测量每一组切削用量参数下Cu及SiCp／Cu复合材料的切削力，并用电子显微镜观察分析切削表面的微观结构。研究表明：由于SiC颗粒对位错运动的阻碍，在SiCp／Cu界面处形成位错塞集群，产生应力集中，使SiCp／Cu复合材料切削过程呈典型的脆性分离；切削力随背吃刀量和进给量的增大而增大，随切削速度的增大而减小。     

碳化硅增强铝基复合材料切削加工研究进展

针对近年来Si Cp/Al复合材料的切削加工研究状况,对Si Cp/Al复合材料在切削加工中的切削力、刀具磨损、表面完整性、切屑与缺陷形成机理、加工温度、仿真模拟及特种与复合加工技术等方面进行分析与总结,以便更全面地了解碳化硅增强铝基复合材料的切削加工研究进展。