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

1、SiCp/Al復(fù)合材料各項(xiàng)性能優(yōu)異，已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，但由于SiC增強(qiáng)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(jì)性要求，已成為該材料應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)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(shí)，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(guò)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(jī)制的研究是實(shí)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(qiáng)顆粒具有不同的物理特性，其材料去除機(jī)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(duì)去除過(guò)程

3、的影響。本文分析了超聲振動(dòng)作用對(duì)加工過(guò)程的影響，分析結(jié)果表明超聲振動(dòng)能夠降低SiCp/Al材料去除過(guò)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(cè)結(jié)果，對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料RUM加工時(shí)材料去除機(jī)制進(jìn)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(qiáng)顆粒，以塑性變形的方式去除，而未完全剝離的基體材料會(huì)涂覆在加工表面上；由于超聲振動(dòng)作用，使刀具上磨粒的瞬時(shí)切削深度具有時(shí)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(guò)程中同時(shí)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(shí)工藝參數(shù)對(duì)加工過(guò)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(shí)驗(yàn)依據(jù)，本文針對(duì)增強(qiáng)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(jìn)行了RUM加工性能的實(shí)驗(yàn)。研究了加工工藝參數(shù)對(duì)切削力和加工表面粗糙度的影響，實(shí)驗(yàn)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(shí)降低了刀具磨損，有利于抑制砂輪堵塞的現(xiàn)象。在以上實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了典型薄壁結(jié)構(gòu)件的加工實(shí)驗(yàn)，切削參數(shù)的不合理選擇會(huì)導(dǎo)致薄壁件加工過(guò)程中切削顫振的發(fā)生。
　　為了抑制薄壁件加工過(guò)程中顫振的發(fā)生，對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料RUM加工顫振機(jī)制進(jìn)行了分析。基于普通磨削過(guò)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(diǎn)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(guò)模態(tài)實(shí)驗(yàn)和切削力實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)，采用各加工點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切削參數(shù)進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明選擇穩(wěn)定點(diǎn)切削參數(shù)進(jìn)行加工時(shí)，切削過(guò)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