顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料加工過(guò)程優(yōu)化.pdf

1、金屬基復(fù)合材料與超合金,陶瓷、塑料和重構(gòu)剛相比,具有比強(qiáng)度和比剛度高、耐磨性好以及高溫下易操作等許多良好的性能。然而,由于此材料中存在著大量的增強(qiáng)相材料,這些增強(qiáng)相材料的硬度比常用的高速鋼和硬質(zhì)合金刀具要高。在金屬基復(fù)合材料加工過(guò)程中,增強(qiáng)相材料會(huì)加劇刀具的快速磨損,導(dǎo)致其加工性能差以及加工成本高,使金屬基復(fù)合材料的加工面臨著極大的挑戰(zhàn),因此限制了這類材料的廣泛應(yīng)用。
　　本論文的主要研究目標(biāo)是采用建模和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法力求獲得金

2、屬基復(fù)合材料的最優(yōu)切削條件,包括切削速度、進(jìn)給速度、切削深度以及刀具材料;本文還對(duì)表面粗糙度、切削力、尺寸精度、輪廓分形維數(shù)以及切屑形成進(jìn)行了研究;并分別建立了其優(yōu)化的參數(shù)模型。實(shí)驗(yàn)所用的材料為Al2124/SiCp(45％wt)復(fù)合材料,其中增強(qiáng)相顆粒尺寸為5-8μm,加工樣件尺寸為直徑31.8mm×長(zhǎng)78.0mm的棒料。
　　實(shí)驗(yàn)中使用的機(jī)床為CG6125C精密車床,該車床的可加工工件的半徑為250mm,長(zhǎng)度為500mm;所用

3、的切削條件為切削速度:40m/min,60m/min,80m/min和100m/min;進(jìn)料速度:0.025mm/rev,0.05mm/rev,0.1mm/rev,0.15mm/rev和0.2mm/rev;切削深度:0.1mm,0.2mm和0.3mm。采用響應(yīng)曲面法和田口設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)測(cè)加工Al2124SiCp(45%wt)過(guò)程中的輸出目標(biāo)特性,即輪廓分形維數(shù),直徑誤差,圓度和表面粗糙度,并分別對(duì)其進(jìn)行了建模與優(yōu)化;并使用ThirdwaveA

4、dvanEdge仿真軟件對(duì)切屑形成和切削力進(jìn)行了仿真研究。
　　研究結(jié)果表明:切屑的形成和切削力的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,由于不可控的實(shí)驗(yàn)條件和加工環(huán)境所引起的,使得測(cè)得的切削力實(shí)驗(yàn)結(jié)果高于仿真結(jié)果。采用響應(yīng)曲面法所優(yōu)化、建模并預(yù)測(cè)的分形尺寸,表面粗糙度,直徑誤差和圓度的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。由于金屬基復(fù)合材料加工過(guò)程很復(fù)雜,不可能同時(shí)優(yōu)化所有的目標(biāo)響應(yīng)。在所用實(shí)驗(yàn)條件下,使用PCD刀具在切削速度為80m/min,切削深度為0.

5、1mm以及進(jìn)給速度為0.1mm/rev條件下,對(duì)金屬基復(fù)合材料加工時(shí)能得到較高的分形維數(shù)值。與其他刀具相比,在所用切削參數(shù)下,PCD刀具的刀具磨損量和表面粗糙度均最小,提高切削速度會(huì)較低加工表面粗糙度。此外,使用PCD刀具獲得的直徑和圓度誤差也較小,基于組合響應(yīng)曲面法優(yōu)化的最佳切削參數(shù)為:使用PCD刀具在切削速度為0.1mm,進(jìn)給速度為0.1232mm/rev和切削速度為71.5152m/min條件下進(jìn)行切削,并且通過(guò)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果