超聲縱-扭振動高速銑削高體分SiCp-Al復合材料的試驗研究.pdf

1、碳化硅顆粒增強鋁基復合材料(SiCp/Al MMCs)的物理和力學性能極其優(yōu)異,在航空、航天、電子封裝等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。由于高體分 SiCp/Al MMCs中分布著大量硬脆 SiC顆粒,加工時刀具磨損嚴重,切削加工性能急劇惡化,加工精度和表面質(zhì)量難以保證。電火花加工、激光加工、超高速精密加工等非常規(guī)加工方式的加工效率低、加工成本高、加工范圍有限,難以滿足需求量快速增長的高體分 SiCp/Al MMCs零件的加工要求,亟待一種新的加

2、工手段解決 SiCp/Al MMCs的高速高效加工問題。超聲縱-扭振動高速銑削集合了超聲縱-扭振動加工、高速銑削的優(yōu)點,為高體分SiCp/Al MMCs的高速高效加工提供了一個新的思路。
　　本文研究了高體分SiCp/Al MMCs在超聲縱-扭振動高速銑削下的切削特性。研制了超聲聲學系統(tǒng),建立了超聲縱-扭振動銑削的運動模型,研究了斜槽變幅桿形成縱-扭振動的基本原理,對變幅桿的振動形式進行了仿真驗證,優(yōu)化了變幅桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)。研究了超

3、聲縱-扭振動銑削的切屑形態(tài)和切屑形成機理,分析了超聲縱-扭振動對切屑流動的影響規(guī)律,建立了切屑形成過程的物理模型。研究了銑削參數(shù)、刀具變形對銑削力的影響規(guī)律,建立了銑削力的理論公式。分析了銑削參數(shù)對表面粗糙度的影響規(guī)律,得出了最佳銑削參數(shù)組合。分析了超聲縱-扭振動銑削時 SiC顆粒的切除方式及其對加工表面的影響,并進一步探討了材料的去除機理。
　　研究結(jié)果表明:斜槽式變幅桿能有效地將縱向振動轉(zhuǎn)化為縱-扭振動,振幅較大,振動穩(wěn)定性好

4、。研制的超聲縱-扭振動聲學系統(tǒng)的阻抗匹配特性好,振動穩(wěn)定性高,能夠滿足加工要求。超聲縱-扭振動高速銑削改善了刀具散熱條件,降低了摩擦系數(shù),提高了刀具剛性,保證了刀具的鋒利性,改變了切屑的形成機理,形成的切屑以鋸齒形切屑為主。在相同銑削條件下,超聲縱-扭振動高速銑削高體分SiCp/Al MMCs的銑削力低于高速銑削的力。超聲縱-扭振動高速銑削高體分SiCp/Al MMCs時,材料的去除機理發(fā)生改變,顆粒以直接剪斷為主,有少量的破碎。在高速