颗粒增强铝基复合材料的超声振动切削技术的研究

论文摘要

颗粒增强铝基复合材料由于其优异的物理力学性能,例如高比强度、比刚度、耐磨、耐腐蚀和耐疲劳等,在航空、航天、国防等领域应用越来越广泛。由于增强颗粒的存在使该复合材料的切削加工性能很差,加工时刀具磨损剧烈,严重影响了加工的精度和表面质量,阻碍该复合材料的实际应用。因而研究其材料去除方式,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Al/SiCp和Al/Al2O3p复合材料为研究对象,应用超声振动切削技术,针对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,应用Esbelby模型研究了颗粒增强铝基复合材料内颗粒和界面的应力分布情况,进而分析了切削加工过程中的材料去除方式,并且通过扫描电镜对切削表面和切屑的微观结构进行了观测以验证理论分析的正确性。然后,通过试验研究了刀具材料、颗粒含量和颗粒尺寸、刀具几何参数、切削用量、振动振幅及切削路程对切削力的影响规律。在此基础上进行了Al/Al2O3p复合材料的正交切削试验,获得了超声振动切削力经验公式。之后,在对刀具的微观磨损形态观测的基础上,研究了刀具的磨损机理。并且通过试验,研究了刀具材料、颗粒含量和颗粒尺寸、刀具几何参数、切削用量、振动振幅和切削路程对刀具磨损的影响规律。在此基础上,进行了Al/Al2O3p复合材料的正交切削试验,得到了切削用量对刀具磨损影响的先后顺序。最后,对加工表面的微观形貌进行了研究,并且通过试验研究了材料组份(颗粒含量和颗粒尺寸)、刀具几何参数、切削用量等对表面粗糙度的影响规律。在此基础上,进行了Al/Al2O3p复合材料的正交切削试验,得到了切削用量对表面粗糙度影响的先后顺序。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,表面质量较差,表现出较差的切削加工性。应用聚晶金刚石刀具进行超声振动切削可以在一定程度上解决该材料的加工问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 切削加工机理研究
• 1.3.2 切削刀具的选用及磨损机理研究
• 1.3.3 已加工表面质量的研究
• 1.3.4 切削力与切削温度的研究
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 材料去除方式研究
• 2.1 引言
• 2.2 颗粒增强铝基复合材料材料去除方式
• 2.2.1 去除方式理论分析
• 2.2.2 去除方式试验验证
• 2.3 本章小结
• 第3章 超声振动切削力的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 超声振动切削力单因素试验研究
• 3.2.1 刀具材料对切削力的影响
• 3.2.2 工件材料对切削力的影响
• 3.2.3 刀具几何参数对切削力的影响
• 3.2.4 切削用量对切削力的影响
• 3.2.5 振幅对切削力的影响
• 3.2.6 切削路程对切削力的影响
• 3.3 超声振动切削力正交试验研究
• 3.4 本章小节
• 第4章 超声振动切削刀具磨损试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 刀具磨损破损形态
• 4.2.1 前刀面月牙洼磨损
• 4.2.2 后刀面磨损
• 4.2.3 刀具脆性破损
• 4.3 超声振动切削刀具磨损机理
• 4.3.1 磨料磨损
• 4.3.2 粘结磨损
• 4.4 刀具磨损单因素试验研究
• 4.4.1 工件材料对刀具磨损的影响
• 4.4.2 刀具材料对刀具磨损的影响
• 4.4.3 刀具几何参数对刀具磨损的影响
• 4.4.4 切削用量对刀具磨损的影响
• 4.4.5 振幅对刀具磨损的影响
• 4.4.6 切削路程对刀具磨损的影响
• 4.5 刀具磨损正交实验研究
• 4.6 本章小节
• 第5章 超声振动切削表面粗糙度试验研究
• 5.1 已加工表面微观形貌
• 5.2 表面粗糙度影响因素单因素试验研究
• 5.2.1 工件材料对表面粗糙度的影响
• 5.2.2 刀具几何参数对表面粗糙度的影响
• 5.2.3 切削用量对表面粗糙度的影响
• 5.2.4 振幅对表面粗糙度的影响
• 5.2.5 切削路程对表面粗糙度的影响
• 5.3 表面粗糙度正交试验研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢