纵扭超声辅助铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究
张明军
陈烁
王鑫波
杨江涛
刘河龙
吕耀威
李德辉
于明博
河南理工大学 机械与动力工程学院,河南 焦作 454000
摘要：高体积分数SiCp/Al复合材料具有高比强度、高比模数和良好的耐磨性等优异性能.然而,它们的高硬度和脆性会导致精密制造过程中应力分布更为复杂,这会使材料中产生过大的力和过多的热,从而影响加工精度和工件耐久极限寿命.目的 通过分析切削过程中颗粒的去除机理和表面缺陷类型,利用纵扭超声辅助铣削(longitudinal-torsional ultrasonic assisted milling,LTUAM)技术,改善高体积分数SiCp/Al复合材料的加工表面质量.方法 利用ABAQUS和PYTHON软件,建立考虑颗粒断裂过程的两相随机分布颗粒SiCp/Al复合材料模型,并采用Johnson-Cook模型和Brittle Cracking模型对SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削过程进行有限元模拟仿真.针对不同加工参数,进行SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削和常规铣削(conventional milling,CM)试验,评估有限元仿真模拟与试验结果的一致性.结果 模拟结果表明,损伤和裂纹主要产生在SiC颗粒(SiCp)中上部的切削线上,凹坑缺陷主要产生在颗粒下部的切削线上.试验结果显示,表面缺陷的类型主要包括颗粒的损伤和拔出、颗粒的损伤和断裂形成凹坑、未损伤的颗粒形成凸起、破损颗粒与刀具在已加工表面上挤压摩擦形成犁沟、铝基体涂覆、表面微裂纹和表面空穴等,并且当加工速度120 m/min,超声振幅3 μm时,最大裂纹深度最小,表面缺陷最小,表面质量最好.结论 对比有限元仿真结果与试验结果发现,二者的表面质量变化趋势基本具有一致性.纵扭超声辅助铣削技术的应用对提高SiCp/Al复合材料的表面质量有较好效果.
关键词：SiCp/Al复合材料有限元仿真超声加工表面质量硬脆材料
分类号：TG156(金属学与热处理)
资助基金：国家自然科学基金(51675164)河南理工大学自然科学基金资助项目(B2020-28)河南省科技攻关项目(232102311185)
论文发表日期：2024-10-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 96-107 )
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