铝基复合材料高速切削加工特性研究

摘要

本文研究的铝基复合材料是一种以铝为基底，Al2O3为增强相的颗粒增强铝基复合材料。非均质性是复合材料的一大特点，而本文研究的材料由于基底铝和增强相Al2O3的硬度差异巨大导致这种非均质性更加明显，因此在切削加工中会出现刀具磨损、表面粗糙度高等问题。本文通过有限元软件模拟其切削过程，旨在研究这种材料在高速切削时的加工特性。
　　首先模拟了高速切削加工Al2O3铝基复合材料的过程，研究了三种不同增强颗粒含量的铝基复合材料，分析了不同切削速度下的切削力、刀具磨损情况以及工件的表面粗糙度。结果发现，在同样的切削速度下，随着增强颗粒含量的增加，切削力也随之增加，刀具的磨损愈加严重，而工件的表面粗糙度则逐渐降低。对于同一增强颗粒含量的材料，切削力和刀具的磨损情况都随着切削速度的增加而变大，工件的表面粗糙度则随之降低。
　　随后模拟了不同润滑方式下不同增强颗粒含量的铝基复合材料的切削过程，选用了两种不同增强颗粒含量的材料，四种不同的润滑方式，通过分析切削力、刀具磨损情况以及工件的表面粗糙度来研究润滑方式对材料加工特性的影响。结果表明，无论增强颗粒含量的多少，在使用切削液的情况下都会获得更好结果，切削力更低、表面磨损更轻微、工件表面质量更好，其中以 MQL10ml/h方式润滑得到的结果最好。
　　最后，针对不同类型的刀具及不同的夹持位置，通过有限元模拟了切削复合材料时刀具的受力变形特性。结果表明，复合式铣刀最佳夹持位置在焊道接头上方不锈钢侧5mm的位置。同时铣削性能分析结果显示，复合式端铣刀与一体成型端铣刀铣削时受力相近且随着切削速度增加而有下降的趋势，但微观铣削受力分析显示，复合式端铣刀因受力产生的切削角度较一体成型端铣刀更大，可吸收较多的能量故韧性较佳，因此复合式端铣刀的铣削能力优于一体成型端铣刀。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 复合材料铣削加工发展状况和趋势

1.3 研究目的

1.4 本文主要研究内容

第2章 复合材料切削及磨损理论

2.1 切削理论

2.2 高速切削

2.3 刀具的种类

2.4 磨损理论

2.5 表面粗糙度的表示方法

2.6 本章小结

第3章 铝基复合材料切削特性分析

3.1 铝基复合材料有限元切削模型的建立

3.2 铝基复合材料在干切削环境下的切削特性

3.3 不同强化颗粒含量的铝基复合材料的切削特性分析

3.4 本章小结

第4章 复合式端铣刀铣削受力分析

4.1 棒料承受进刀力分析

4.2 棒料承受铣削扭矩分析

4.3 铣削性能分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢