SiCp-Al旋轉(zhuǎn)超聲加工機制及薄壁件加工穩(wěn)定性研究.pdf

1、SiCp/Al復(fù)合材料各項性能優(yōu)異，已廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，但由于SiC增強顆粒的存在，其加工性能很差。如何提高SiCp/Al復(fù)合材料加工質(zhì)量并滿足加工經(jīng)濟性要求，已成為該材料應(yīng)用的關(guān)鍵問題。目前采用的傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)的加工方法，不能夠完全滿足中、高體分含量的SiCp/Al復(fù)合材料零件的高精度、高效率、低成本的加工要求。
　　旋轉(zhuǎn)超聲加工（RUM）是一種將超聲加工和磨削加工結(jié)合在一起的加工方法，具有很多優(yōu)異的特性，比較適合中、高體分含量

2、SiCp/Al復(fù)合材料的加工，在獲得良好加工質(zhì)量的同時，能夠極大地提高加工效率。SiCp/Al復(fù)合材料已被用于制造薄壁結(jié)構(gòu)件，但由于薄壁件剛度較差，加工過程中極易出現(xiàn)切削顫振，嚴(yán)重影響刀具壽命和加工質(zhì)量。
　　SiCp/Al復(fù)合材料旋轉(zhuǎn)超聲加工機制的研究是實現(xiàn)該類材料高效精密加工的基礎(chǔ)。由于SiCp/Al的基體材料和增強顆粒具有不同的物理特性，其材料去除機制有別于單相塑性或脆性材料，需要綜合考慮Al基體和SiC顆粒的特性對去除過程

3、的影響。本文分析了超聲振動作用對加工過程的影響，分析結(jié)果表明超聲振動能夠降低SiCp/Al材料去除過程中所需的切削力，改善加工表面質(zhì)量，并提高材料去除率?；诳虅澅砻嫘蚊埠湍バ夹螒B(tài)的顯微觀測結(jié)果，對SiCp/Al復(fù)合材料RUM加工時材料去除機制進行了分析，結(jié)果顯示SiCp/Al復(fù)合材料中的鋁基體夾雜著增強顆粒，以塑性變形的方式去除，而未完全剝離的基體材料會涂覆在加工表面上；由于超聲振動作用，使刀具上磨粒的瞬時切削深度具有時變性，導(dǎo)致Si

4、C顆粒的去除是脆性和塑性兩種模式綜合作用的結(jié)果，去除過程中同時伴隨有顆粒移位、脫落和拔出的現(xiàn)象。
　　為研究SiCp/Al復(fù)合材料RUM加工時工藝參數(shù)對加工過程的影響規(guī)律，以便為探索有效抑制薄壁結(jié)構(gòu)件加工顫振的技術(shù)途徑提供實驗依據(jù)，本文針對增強顆粒體積分?jǐn)?shù)為45％、顆粒平均尺寸為3μm、基體材料為鋁合金（2A12）的SiCp/Al復(fù)合材料，進行了RUM加工性能的實驗。研究了加工工藝參數(shù)對切削力和加工表面粗糙度的影響，實驗結(jié)果顯示R

5、UM加工能夠明顯降低切削力和表面粗糙度值，同時降低了刀具磨損，有利于抑制砂輪堵塞的現(xiàn)象。在以上實驗研究的基礎(chǔ)上，進行了典型薄壁結(jié)構(gòu)件的加工實驗，切削參數(shù)的不合理選擇會導(dǎo)致薄壁件加工過程中切削顫振的發(fā)生。
　　為了抑制薄壁件加工過程中顫振的發(fā)生，對SiCp/Al復(fù)合材料RUM加工顫振機制進行了分析?；谄胀ハ鬟^程模型和Budak提出的穩(wěn)定性分析方法，并綜合考慮RUM的加工特點和SiCp/Al的材料特性，建立了SiCp/Al復(fù)合材料

6、薄壁件RUM加工穩(wěn)定性分析數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)該模型確定了加工穩(wěn)定性分析方法。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，通過模態(tài)實驗和切削力實驗，確定了穩(wěn)定性分析模型中的模態(tài)參數(shù)和切削力系數(shù)。根據(jù)穩(wěn)定性分析方法，獲得了典型薄壁件RUM加工穩(wěn)定性的Lobe圖。在Lobe圖上選取位于不同穩(wěn)定區(qū)域的加工點，采用各加工點對應(yīng)的切削參數(shù)進行加工實驗。實驗結(jié)果表明選擇穩(wěn)定點切削參數(shù)進行加工時，切削過程穩(wěn)定，切削力和表面粗糙度值較小，工件表面未出現(xiàn)振紋和損傷。上述