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。

Surface Damage Formation Mechanism of SiCp/Al Composites Based on 2D Cutting

The precision machining of silicon carbide particle reinforced aluminum matrix (SiCp/Al) composite with high surface integrity of low damage is a key challenge to ensure the components performance in service. However, due to the different mechanical properties of Al matrix and SiC reinforced phase, the surface damage formation of SiCp/Al composites varies markedly compared with homogeneous metallic materials. In order to investigate the surface damage formation mechanism of SiCp/Al composites, a 2D cutting simulation and experimental test are conducted in the study.