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颗粒增强铝基复合材料精密切削技术的研究

鲍春平  
【摘要】: 颗粒增强铝基复合材料由于具有高比强度和比刚度、耐磨、耐腐蚀、耐疲劳、低热膨胀系数、低密度、高微屈服强度、抗辐射及良好的尺寸稳定性和导热性等许多优异的力学性能和物理性能,在航空航天、兵器等国防工业和汽车、电子等民用工业具有广泛的应用前景,成为当今金属基复合材料研究和发展的主流。但由于增强颗粒的存在,切削过程中刀具磨损剧烈,表面质量差成为阻碍其实际应用的难题之一。因而研究其切削机理,降低刀具磨损,提高表面质量显得尤其重要。 为了促进颗粒增强铝基复合材料的应用,本文以SiCp/Al和Al2O3p/Al复合材料为研究对象,针对切削过程中的刀具磨损和加工表面质量进行了相关的理论分析与试验研究。 首先进行了刀具磨损的主要影响因素及影响规律的研究。采用硬质合金、聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)三种刀具,进行了不同类型(SiC、Al2O3)、不同组份(增强颗粒含量及颗粒尺寸)的复合材料的刀具磨损切削试验。利用光学显微镜、扫描电子显微镜等对刀具磨损区的形态、微观组织结构和成份进行了检测分析,研究了刀具材料的性能、工件材料的组份、切削工艺参数等对刀具磨损的影响程度,给出了切削颗粒增强铝基复合材料时刀具的主要磨损形式及产生磨损的主要原因。 在上述研究的基础上,采用PCD刀具对不同复合材料进行了精密切削试验,研究了切削用量、刀具几何参数、工件材料的性能等因素对已加工表面表面粗糙度的影响,并利用扫描电镜对颗粒增强铝基复合材料已加工表面形貌进行了观测分析。 最后,进行了颗粒增强铝基复合材料的超声波振动切削试验。实测了超声波振动切削不同工件材料时的刀具磨损值,并与普通切削试验结果进行了对比;同时研究了超声振动切削时刀具前角和刀尖圆弧半径对切削表面粗糙度的影响。试验结果表明,超声波振动可减小刀具磨损。 上述研究结果表明,颗粒增强铝基复合材料切削时刀具磨损较严重,表现出较差的切削加工性,聚晶金刚石是切削该类材料的较为理想的刀具材料。超声振动切削在提高刀具寿命方面具有明显的效果。


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