SiCp/Al复合材料超声振动磨削材料去除与加工表面质量研究

摘要

颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料具有高比强度和高弹性模量等优良物理性能，同时密度低，高温性能好，在航空航天等领域应用范围越来越广。但随着该材料中增强项颗粒体积分数的增加，其加工性能越来越差，传统的加工方法难以保证加工质量。超声振动磨削可以减小切削力，提高切削效率，研究这种加工方法下材料的去除过程，开展适合复合材料加工表面微观形貌的评价方法研究，对提高该类材料加工表面质量具有极其重要的意义。
　　论文以磨粒运动为切入点，运用所建立的两种超声磨削加工中的磨粒运动轨迹方程，从单颗磨粒的运动轨迹和切削长度的角度分析了超声振动对材料去除过程的影响。分析结果表明，超声振动能减小磨削力，提高端面磨削加工效率；对侧面超声磨削，超声振动能提高材料去除效率。结合压痕实验和刻划实验，从切削力和切屑形貌的角度进一步分析了超声振动对材料的去除过程的影响，普通刻划和超声刻划对比实验结果表明，超声振动有益于减少切削力，形成小切屑，提高已加工表面质量。
　　要研究超声磨削SiCp/Al复合材料的加工表面质量，首先要建立起表面评价标准。论文针对二维粗糙度表征的缺点，优选了三维粗糙度中幅度参数和空间参数对复合材料加工表面进行评价。进行了超声磨削实验，采用最小二乘法提取了所检测加工表面的微观形貌信息。在此基础上，对超声磨削加工表面进行了三维粗糙度表征，分析了工艺参数对超声磨削表面粗糙度的影响规律，结果表明，三维粗糙度能更全面表征加工表面信息，采用较高的主轴转速和超声振幅有利于获得高质量的加工表面。
　　针对粗糙度评价依赖于测量尺度的不足，采用分形维数对加工表面微观形貌进一步进行表征。根据分形理论，建立了三维分形模型，优选了分形维数计算方法，分析了采样条件和切削参数对分形维数的影响。分形维数和三维表面粗糙度综合分析结果表明，分形维数越大，粗糙度值越小，加工表面质量越高。无论是端面还是侧面超声磨削，主轴转速越高，超声振幅越大，复合材料加工表面质量越高。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2 SiCp/Al复合材料加工国内外研究概况

1.3国内外研究现状的总结

1.4课题的主要研究内容

第2章 SiCp/Al复合材料超声磨削材料去除过程的研究

2.1引言

2.2端面超声磨削加工材料去除过程分析

2.3侧面超声磨削加工材料去除过程分析

2.4材料去除过程的显微压痕实验研究

2.5材料去除过程的刻划实验研究

2.6本章小结

第3章 SiCp/Al复合材料超声磨削加工表面的三维粗糙度评价

3.1引言

3.2超声磨削实验方案及粗糙度信息的提取

3.3表面三维粗糙度表征参数的选择

3.4采样条件对三维粗糙度参数的影响

3.5端面超声磨削加工参数对表面形貌的影响及分析

3.6侧面超声磨削加工参数对表面形貌的影响及分析

3.7本章小结

第4章 SiCp/Al复合材料超声磨削加工表面的分形表征

4.1引言

4.2三维分形标准的确定

4.3分形维数计算方法的选择

4.4采样条件对分形维数的影响

4.5端面超声磨削切削参数对分形维数的影响

4.6侧面超声磨削切削参数对分形维数的影响

4.7本章小结

结论

参考文献

声明

致谢