45%SiCp/Al复合材料切削表面对高斯激光吸收规律研究

为探究45%SiCp/Al复合材料切削表面状态吸收高斯激光的温度变化规律,根据傅立叶热传导公式及碳化硅颗粒、铝基体的热物性参数,计算得出45%SiCp/Al复合材料吸收激光后不同相的温度随时间变化规律。利用有限元仿真方法建立激光加热辅助切削45%SiCp/Al复合材料的温度场有限元预测模型,仿真分析获得激光功率、激光移动速度、激光光斑直径、转速对于激光加热温度场的影响规律,结合切削用量对加热温度的影响规律,建立工件表面切削点处温度的经验公式。基于切削点温度经验公式预测得到的温度场,开展硬质合金刀具和聚晶金刚石刀具的激光加热辅助切削实验研究。通过硬质合金刀具和聚晶金刚石刀具对45%SiCp/Al复合材料开展激光加热辅助切削实验研究。结果表明:使用硬质合金刀具开展激光加热车削45%SiCp/Al复合材料得到的复合材料表面铝/硅元素含量比值达到1.187,对半导体激光的吸收率为0.21;而当使用聚晶金刚石刀具进行激光加热车削获得的切削表面铝/硅元素含量比值为1.047,激光吸收率达到0.23.

车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

为探索金刚石刀具(PCD)和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。

45%SiCp/Al复合材料的微动磨损试验设计与验证

针对运载发射阶段卫星锁轴机构45%SiCp/Al复合材料与TC4材料之间可能存在的微动摩擦磨损与切向接触刚度问题,本文在调研和仿真分析的基础上,设计等效的扫频微动摩擦磨损试验系统。通过夹持力的标定保证最大影响因素接触应力的一致,采用扫频振动模拟摩擦副受载工况,并对45%SiCp/Al复合材料试件表面形貌进行振前振后检测。试验结果表明,45%SiCp/Al复合材料在较高的形状精度和表面粗糙度条件下,能够承受较大载荷的微动摩擦,摩擦副结合面具有良好的切向接触刚度。