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/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。     

微裂纹特性对复合材料切削性能影响研究

通过观察碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）切削加工试验过程,测量并分析了不同切削用量条件下切削力、切屑形态及微观金相组织的变化规律,采用对比分析方法得出了切屑形态的变化与切削用量及切削力之间的关系,SiCp/Al复合材料的内部缺陷,例如颗粒分布不均匀、微裂纹以及气孔是影响其切削性能的主要因素。     

SiC_p/Al复合材料高速铣削加工表面质量及切屑形成机制

使用聚晶金刚石(PCD)刀具,对碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)进行高速铣削加工,研究了加工表面质量及切屑的形成机制。结果表明:刀具进给波纹、工件材料塑性侧流、刀具-工件相对振动和增强颗粒去除过程留下的孔洞、微裂纹、基体撕裂等是SiCp/Al复合材料高速铣削加工表面的主要形成机制;增大切削速度、使用冷却液、降低增强颗粒体积分数、减小增强颗粒尺寸均有助于提高加工表面质量;切屑形态为不均匀锯齿状,增强颗粒体积分数、热处理状态等对切屑形成有显著影响,绝热剪切、孔洞/微裂纹动态形成和扩展是切屑的主要形成机制。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

PCD刀具超声振动切削金属基复合材料SiCp/Al的特性研究

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 ,得到超声振动切削该材料的切屑形态、切削力变化规律     

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。     

高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌及切屑机制的研究

为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌,采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明,在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时,干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构,还是在切屑形成及形貌上,都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。     

SiCp/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型#br#

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料（SiCp/2024Al）在大应变率和变形温度范围内的热变形行为,分析了热变形参数（变形温度和应变率）对流动应力的影响。研究发现：变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响;抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小,而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果,结合热力学和统计损伤力学理论,建立了描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型,预测的流动应力与试验结果吻合较好,表明所建立的模型能够准确地描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为。     

SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究

由于SiCp/Ai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...     

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。     

ZL109铝合金切削加工表面粗糙度演变研究

轻质高强ZL109铝合金应用广泛，切削加工过程中易形成积屑瘤，导致加工表面粗糙度不受控。对ZL109铝合金切削加工表面粗糙度演变进行研究，通过改变背吃刀量和进给量，进行ZL109铝合金棒材切削加工，分析表面粗糙度的演变规律，并分析切削温度、表面微观形貌、切屑形态、刀刃损伤对切削表面粗糙度的影响规律。研究结果表明，加工表面粗糙度值随背吃刀量和进给量的增大而增大，且背吃刀量对表面粗糙度的影响较大。当进给量为0.25～0.5 mm/r,背吃刀量为0.25 mm时，加工表面粗糙度值最小，表面完整性最好，并且刀刃损伤程度最轻。     

SiCp/Al复合材料旋转超声辅助磨削的试验研究

铝基碳化硅颗粒增强复合材料(SiCp/Al)有许多优异的特性,但其加工非常困难,限制了该种材料在工程中的应用。旋转超声辅助磨削加工非常适合中、高体分SiCp/Al复合材料的加工。针对增强体体积分数45%、增强颗粒尺寸3μm、基体材料A12的SiCp/Al复合材料进行了实验研究,分析了加工表面形貌、表面粗糙度和切削力随切削参数的变化规律。实验结果表明,工件加工表面质量较高,表面粗糙度Ra值在0.131~0.340μm之间;切削过程平稳,轴向切削力Fz值在23.33~51.31N。     

SiCp/Al复合材料在常规与超声振动辅助条件的切削过程和表面形成的有限元分析

SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程、SiC颗粒的损伤特性、工件的表面形貌与亚表面损伤。结果表明,相比于常规切削,超声振动辅助切削可以提高复合材料的表面完整性,减少复合材料的亚表面损伤,并且能够提高工件的表面质量。     

车削高体积分数SiCp/Al复合材料有限元仿真与实验研究

为了揭示SiCp/Al复合材料的切削机理,提高其切削加工性,建立了一种SiCp颗粒和Al基体分离的有限元仿真模型,使用有限元软件ABAQUS从微观角度研究切屑的形成过程、基体和颗粒的内部应力分布,分析了不同切深和切削速度条件下切削力的变化规律,为了验证有限元仿真模型的有效性,进行了车削实验。仿真和实验结果表明:由于Si C颗粒的存在产生大量的微裂纹以及孔洞,形成表面缺陷,且剪切区域微裂纹的扩展是产生切屑的重要因素;而实验获得的切削力变化及其波动与仿真结果一致,进一步验证了仿真模型的有效性,为实际加工的切削参数优化提供参考。     

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。