【摘 要】
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碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）具有热膨胀系数小、比强度高、尺寸稳定性好等优异的综合性能,被广泛的应用在电子、航空、医疗、光学仪器等高精端领域。然而,增强相碳化硅颗粒（Si C）的加入,使SiCp/Al复合材料整体性能变得又硬又脆,特别表现在机械加工过程中PCD刀具磨损严重和已加工表面出现剥落、崩边、碎裂、毛刺等棱边缺陷属于典型的难加工复合材料,极大限制了在高尖端领域的应用。超声振动辅
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,“高体分SiCp/Al复合材料多维超声复合加工基础理论及关键技术研究（51975188）”；
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碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al）具有热膨胀系数小、比强度高、尺寸稳定性好等优异的综合性能,被广泛的应用在电子、航空、医疗、光学仪器等高精端领域。然而,增强相碳化硅颗粒（Si C）的加入,使SiCp/Al复合材料整体性能变得又硬又脆,特别表现在机械加工过程中PCD刀具磨损严重和已加工表面出现剥落、崩边、碎裂、毛刺等棱边缺陷属于典型的难加工复合材料,极大限制了在高尖端领域的应用。超声振动辅助铣削加工技术比较适合加工硬脆材料,本文通过纵扭超声辅助侧铣高体积分（70%）SiCp/Al复合材料,探讨棱边缺陷的形成机理。在ABAQUS仿真软件中建立了二维正交有限元模型和三维等效铣削宽度模型,并通过试验结果对有限元仿真结果进行验证,主要研究内容及结论包括:（1）在ABAQUS仿真软件中建立了高体积分数的随机多边形Si C颗粒的二维正交铣削模型,实现了SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削下的棱边缺陷的仿真。研究表明:超声辅助铣削时,高频的超声振动作用可以使材料软化减少Si C颗粒破碎区,超声的施加可以有效的降低棱边破损尺寸,提高棱边质量。（2）用POLARIS-Meso Concrete插件在ABAQUS仿真软件中建立增强相形状为球、椭球、随机多面体的三维等效铣削宽度有限元分析模型,分析了超声表征参数对SiCp/Al复合材料微观形貌及棱边缺陷的影响规律。仿真结果表明:棱边缺陷的长度和高度随着超声振幅的增加呈现先减小后增大的趋势,随着铣削深度和每齿进给量的增加而增加,铣削速度对棱边缺陷长度和高度无明显影响。（3）基于正交试验和单因素试验研究了铣削参数对切削力的影响规律,研究表明铣削深度和每齿进给量对切削力影响最大,切削速度和超声振幅的影响次之,切削力随着每齿进给量和轴向切深的增大而增大,纵向超声振动辅助铣削下,切削力随着振幅的增大出现一定程度的减小,纵扭超声振动辅助铣削下,切削力随着振幅的增大先减小后小幅度增大。（4）采用仿真软件模拟了棱边缺陷形成的过程,并且通过试验分析了加工参数对棱边缺陷的影响规律。结果表明:一定的超声振幅范围内,纵扭超声铣削可以得到更好的棱边质量,Si C颗粒破碎主要以小颗粒为主且结构完整。仿真结果和试验结果基本相符,验证了仿真结果的正确性和可行性。图45幅,表13个,参考文献59篇。
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