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。     

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。     

SiCp/Al复合材料薄壁件车削力的仿真研究

应用有限元分析软件ABAQUS对Si Cp/Al复合材料薄壁件车削力进行了仿真研究,得到了切削用量对切削力的影响规律,并结合文献的实验成果对相应规律进行了分析。仿真结果表明:在Si Cp/Al复合材料薄壁件车削过程中,随切削速度的增大,三向切削分力(轴向力Fx、径向力Fy、切向力Fz)均增大,但径向力Fy增幅很小;随进给量的增大,三向切削分力都有增大的趋势;随背吃刀量的增大,三向切削分力均显著增大;背吃刀量是影响切削力的主要因素。     

SiCp/Al复合材料高速铣削的有限元仿真研究

运用有限元分析软件ABAQUS建立了三维斜角铣削模型,对SiCp/Al复合材料的的高速铣削过程进行模拟。首先分析了切削过程中SiCp/Al复合材料的应力、应变的分布规律,然后分析了不同等效切削厚度对切屑形状和温度场的影响,最后分析了切削参数对切削力的影响规律。铣削过程的有限元模拟为SiCp/Al复合材料高速铣削加工的工艺参数优化、刀具参数的合理选择提供了参考。     

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。     

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%。     

切削参数对SiCp/Al复合材料切削变形的影响

为研究切削参数对SiC_p/Al复合材料切削变形的影响,通过试验测量的切削力和切屑厚度,计算得到SiC_p/Al复合材料的变形区参数,并分析了切削参数对变形区参数的影响规律,同时拟合得到了切削SiC_p/Al复合材料过程中剪切角与摩擦角的关系。研究结果表明:进给量增大,SiC_p/Al复合材料变形系数和剪应变减小,摩擦角减小,剪切角增大,且SiC_p/Al复合材料的摩擦角大于2024Al,剪切角小于2024Al;切削速度增大,SiC_p/Al复合材料变形系数、剪应变都减小,摩擦角减小但是不显著,剪切角增大; SiC_p/Al复合材料φ=B-C(β-γ)中B值大于2024Al,而斜率C(负值)小于2024Al。     

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。     

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。     

基于ABAQUS/Explicit的SiC_p/Al复合材料微细切削有限元仿真研究

运用ABAQUS/Explicit的动态分析过程,基于微细尺度下的Johnson-Cook材料本构方程,在对高体积分数Si C_p/Al复合材料进行建模并充分考虑铝基体和Si C颗粒不同材料属性的基础上,进行了二维正交微细切削有限元仿真。以刀具前角和切削厚度为影响因素,研究了切削过程中材料的变形、切屑的形成机理以及切削力的变化规律,所得结论为Si C_p/Al复合材料的微细钻铣机理研究提供了参考。     

SiCp/Al复合材料超声振动辅助切削研究现状与进展

阐述了SiC_p/Al复合材料在切削过程中存在的一些问题,从SiC_p/Al复合材料超声振动辅助加工中的刀具材料与刀具磨损、切屑与切削力以及表面质量三个方面概述了SiC_p/Al复合材料切削加工的研究现状,对促进SiC_p/Al复合材料高效切削加工的措施进行了总结。     

正交切削SiC_p/Al复合材料的切削力分析

通过PCD刀具对SiC_p/Al复合材料的正交切削试验,分析了切削用量、铝基体材料、颗粒体分比和颗粒尺寸对切削力大小和波动以及切屑形态的影响。结果表明:对于中高体分比的SiC_p/Al复合材料,其切削速度与基体材料对切削力影响不大,切削力随进给量增大呈线性关系增长,随颗粒尺寸增大切削力下降,且颗粒体分比越大,下降幅度越大;切削力波动与刀—屑接触区颗粒数量有关,随颗粒尺寸增大切削力波动减小,随进给量和切削速度增大切削力波动增大;进给量一定时,在高的切削速度和低的颗粒体分比下,SiC_p/Al复合材料易形成卷曲状切屑,且随着进给量增大,切屑卷曲半径增大。     

基于ABAQUS/Explicit的SiC_p/Al复合材料三维微孔钻削有限元仿真

应用ABAQUS中Explicit显式求解器,基于微观尺度下的Johnson-Cook本构方程,对高体积分数SiC_p/Al复合材料微孔钻削过程进行了三维有限元仿真。研究了钻孔过程中钻削轴向力和扭矩的变化特性以及不同主轴转速和进给速度下钻削轴向力和扭矩的变化规律。此外,对不同主轴转速下钻屑形态的变化特性进行了分析。研究结果为颗粒增强金属基复合材料的微孔钻削工艺参数制定提供了参考。     

快速凝固结合粉末冶金法制备SiC_p/AZ91复合材料的组织及性能

用快速凝固结合粉末冶金法制备了SiC颗粒增强镁合金基复合材料(SiCp/AZ91)棒材,研究了SiC颗粒含量对复合材料室温力学性能及显微组织的影响.结果表明:制备的复合材料棒材中SiC颗粒在基体中分布均匀,但仍存在局部颗粒团聚现象;随SiC颗粒含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均逐渐降低;热挤压过程中,镁、SiC和SiO2之间发生了界面反应,在界面生成Mg2Si等脆性相,影响了复合材料的界面性能.     

高体积分数SiCp/Al复合材料小孔钻削的试验研究

碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料由于其优异的物理机械性能,在航空航天、汽车和电子封装等行业具有巨大的应用潜力。但SiC_p/Al复合材料可切削加工性差,切削时刀具磨损剧烈,加工表面质量难以满足生产要求,其推广应用受到了极大的限制。随着SiC_p/Al复合材料在高速车削、高速铣削、窄槽铣削等方面不断获得技术突破,小直径孔的钻削和螺纹加工技术成为产品研制和生产中的瓶颈。针对高体积分数SiC_p/Al复合材料2mm直径小孔钻削开展试验研究,采用金刚石涂层硬质合金钻头和啄钻工艺方法,研究钻削力、刀具磨损和钻孔质量,对比了干湿两种啄钻方法对钻削工艺的影响。     

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。