超声纵-扭振动高速铣削高体分SiCp/Al复合材料的试验研究

摘要

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al MMCs)的物理和力学性能极其优异,在航空、航天、电子封装等领域得到了广泛的应用。由于高体分 SiCp/Al MMCs中分布着大量硬脆 SiC颗粒,加工时刀具磨损严重,切削加工性能急剧恶化,加工精度和表面质量难以保证。电火花加工、激光加工、超高速精密加工等非常规加工方式的加工效率低、加工成本高、加工范围有限,难以满足需求量快速增长的高体分 SiCp/Al MMCs零件的加工要求,亟待一种新的加工手段解决 SiCp/Al MMCs的高速高效加工问题。超声纵-扭振动高速铣削集合了超声纵-扭振动加工、高速铣削的优点,为高体分SiCp/Al MMCs的高速高效加工提供了一个新的思路。
　　本文研究了高体分SiCp/Al MMCs在超声纵-扭振动高速铣削下的切削特性。研制了超声声学系统,建立了超声纵-扭振动铣削的运动模型,研究了斜槽变幅杆形成纵-扭振动的基本原理,对变幅杆的振动形式进行了仿真验证,优化了变幅杆的结构参数。研究了超声纵-扭振动铣削的切屑形态和切屑形成机理,分析了超声纵-扭振动对切屑流动的影响规律,建立了切屑形成过程的物理模型。研究了铣削参数、刀具变形对铣削力的影响规律,建立了铣削力的理论公式。分析了铣削参数对表面粗糙度的影响规律,得出了最佳铣削参数组合。分析了超声纵-扭振动铣削时 SiC颗粒的切除方式及其对加工表面的影响,并进一步探讨了材料的去除机理。
　　研究结果表明:斜槽式变幅杆能有效地将纵向振动转化为纵-扭振动,振幅较大,振动稳定性好。研制的超声纵-扭振动声学系统的阻抗匹配特性好,振动稳定性高,能够满足加工要求。超声纵-扭振动高速铣削改善了刀具散热条件,降低了摩擦系数,提高了刀具刚性,保证了刀具的锋利性,改变了切屑的形成机理,形成的切屑以锯齿形切屑为主。在相同铣削条件下,超声纵-扭振动高速铣削高体分SiCp/Al MMCs的铣削力低于高速铣削的力。超声纵-扭振动高速铣削高体分SiCp/Al MMCs时,材料的去除机理发生改变,颗粒以直接剪断为主,有少量的破碎。在高速铣削和超声纵-扭振动高速铣削的参数中,铣削深度对表面质量影响最大,铣削速度最小。

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1 引言

1.1 课题来源

1.2 研究背景与意义

1.3 高体分SiCp/Al MMCs的切削加工特点

1.4 SiCp/Al MMCs的机械加工

1.5 选题依据

1.6 研究内容

2 超声纵-扭振动铣削系统的研制

2.1 超声振动加工的特点

2.2 超声纵-扭振动装置的研制

2.3 超声纵-扭振动装置的测试

2.4 本章小结

3 超声纵-扭振动高速铣削的铣削力和切屑研究

3.1 铣削力及其分解

3.2 SiCp/Al MMCs铣削力的来源

3.3 超声纵-扭振动铣削的铣削力形态

3.4 铣削实验研究

3.5 切屑研究

3.6 本章小结

4 SiCp/Al MMCs的表面质量

4.1 实验条件和方法

4.2 铣削参数对Ra的影响

4.3 铣削参数对Sa、Sq的影响

4.4 铣削表面研究

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 主要创新点

5.3 展望

参考文献

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