切削SiCp/Al复合材料三相摩擦系数建模与模拟

为解决SiCp/Al复合材料切削力准确预测的问题,本文采用理论建模、有限元模拟和实验研究相结合的方法,研究了SiCp/Al复合材料切削过程中刀-屑接触摩擦状态。考虑基体材料与刀具接触摩擦、Si C颗粒的两体滑动摩擦和Si C颗粒的三体滚动摩擦对SiCp/Al复合材料刀-屑接触状态的影响,提出了SiCp/Al复合材料刀-屑接触三相摩擦系数模型。建立了SiCp/Al复合材料多颗粒随机分布模型,并基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行了SiCp/Al复合材料切削有限元模拟以及实验研究。结果表明:采用基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行SiCp/Al复合材料切削过程模拟,能够较准确地预测SiCp/Al复合材料的去除过程、切屑形成、刀具与颗粒之间的相互作用以及切削力。     

超声振动辅助划擦高体分铝基碳化硅的刀具磨损特性

为研究高体分SiCp/Al复合材料旋转超声加工中金刚石刀具的磨损规律,制备了圆锥形单颗金刚石工具,分别进行了单颗金刚石普通磨损试验和超声振动辅助磨损试验,通过对比分析两种试验结果,得出超声振动对金刚石刀具磨削高体分SiCp/Al复合材料时磨粒磨损规律的影响。试验结果表明:普通磨损试验中金刚石磨粒的磨损形式主要为宏观崩裂和磨耗磨损,而超声振动辅助磨损试验中金刚石磨粒的磨损形式主要为微小破碎和磨耗磨损。超声振动作用能显著降低试验过程中的切削力,减小摩擦因数,缓解金刚石磨粒与材料的黏附作用。金刚石磨粒在轴向上叠加了超声频的振动速度,其切入材料的合成速度增大,使金刚石磨粒内部尺寸较小的裂纹更易扩展,磨粒所受切削力方向不断发生改变,因此不易形成较大的宏观崩裂,金刚石磨粒的使用寿命得到延长。     

SiCp/Al复合材料超声振动辅助加工磨削力预测研究

SiCp/Al复合材料机械物理性能优异,是一种典型的难加工材料。超声振动辅助磨削(UVAG)是一种将超声加工和磨削加工结合在一起的加工方法,具有减小磨削力和磨削温度、抑制砂轮堵塞等技术优势,适合中、高体分含量SiCp/Al复合材料的加工。对SiCp/Al复合材料超声振动辅助加工中的磨削力进行了预测研究。侧面磨削力主要由切屑形成力、摩擦力和颗粒破碎力组成,端面磨削力主要由冲击力组成。基于超声振动辅助磨削运动学原理、格里菲斯理论和压痕理论建立了SiCp/Al复合材料超声振动辅助加工磨削力数学模型。数学模型的系数通过2组正交实验确定,最后通过实验对磨削力数学模型进行验证,结果表明磨削力实验值与理论值吻合良好,误差低于8%,可以满足工程应用需求。     

硬质合金涂层刀具铣削SiCp/Al复合材料刀具磨损研究

SiCp/Al复合材料因含有大量SiC硬质颗粒而使其切削加工性较差。针对该材料的高速高效加工问题,利用硬质合金涂层刀具对体积分数为20%的SiCp/Al复合材料进行面铣,通过单因素实验,研究了切削速度、进给量和轴向切削深度对刀具前刀面和后刀面的磨损过程的影响,以及刀具磨损萌生、扩展演化规律。结果表明:在硬质合金涂层刀具精加工SiCp/Al复合材料过程中,刀尖与工件表面的接触先是凸圆弧面接触,然后变成凹圆弧面接触,最后变成平面接触;刀具磨损随切削速度和轴向切深的增大而增大,而随进给量的增大而减小;硬质合金涂层刀具失效的原因主要是后刀面的耕犁磨损,后刀面最大磨损量VB_(max)超过了0.6 mm,而后刀面磨损的主要原因是磨粒磨损和涂层剥落。     

超声振动切削SiCP/Al复合材料的刀具磨损形态研究

在超声和普通切削方式下对YG6、PCD刀具切削SiCP/Al复合材料时的刀具磨损形态进行了试验研究,试验发现其磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和刀具破损。切削路程较短时,在两种切削方式下YG6前刀面均未见有明显的月牙洼磨损,YG6刀具的后刀面靠近刀尖部位的磨损形态呈倒三角形;而PCD刀具没有发现明显的磨损,但刀尖发生了严重的崩碎现象。     

金属基复合材料SiCp/Al的振动切削特性研究

通过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,得到了超声振动切削该新材料的切屑形态、切屑变形系数、剪切角和表面残余应力的变化规律,研究表明金属基复合材料的切削过程不完全是塑性材料的切削过程,而是有些类似脆性材料的破坏形式,超声振动切削复合材料和振动切削其他塑性材料的规律较为相似,但由于材料本身的结构特点,形成的切屑仍属于塑性和半塑性的节状切屑,此外振动切削的切向残余压应力较普通切削大,在试验的切深下,残余压应力随切削深度的变化不显著.     

金属基复合材料SiCp/Al的振动切削特性研究

通过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 ,得到了超声振动切削该新材料的切屑形态、切屑变形系数、剪切角和表面残余应力的变化规律 ,研究表明 :金属基复合材料的切削过程不完全是塑性材料的切削过程 ,而是有些类似脆性材料的破坏形式 ,超声振动切削复合材料和振动切削其他塑性材料的规律较为相似 ,但由于材料本身的结构特点 ,形成的切屑仍属于塑性和半塑性的节状切屑 ,此外振动切削的切向残余压应力较普通切削大 ,在试验的切深下 ,残余压应力随切削深度的变化不显著     

基于单颗磨粒划切试验的SiCp/Al复合材料表面去除机理研究

碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料中含有不规则碳化硅颗粒使得材料内部形成大量非理想截面,为材料表面的有效去除带来困难. 为了揭示材料去除机理,进行SiCp/Al 复合材料单颗磨粒变切深划切的表面去除仿真分析和试验验证. 研究结果表明,界面破坏对表面创成有重要影响,存在铝合金基体撕裂、界面分离,碳化硅颗粒裸露、裂纹扩展、破碎脱落、压入铝合金基体、碎片滑擦材料表面等去除过程,碳化硅颗粒中部大面积破碎脱落形成凹坑,并在刀具推挤作用下对材料进行二次切削,使铝合金基体表面形成非连续裂纹. SiCp/Al复合材料中由于铝合金基体的存在,实际划切深度小于名义切削深度. 研究可以为SiCp/Al复合材料去除机理与加工研究提供一定借鉴.     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

PCD刀具高速铣削SiCp／Al复合材料的表面粗糙度研究

通过切削实验,研究PCD刀具铣削SiC颗粒尺寸较大、体积比含量较高的SiCp／Al复合材料时,切削速度、每齿进给量、切削深度对已加工表面粗糙度的影响,根据对实验结果分析得出切削用量对已加工表面粗糙度的影响规律．