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超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验
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作者 林洁琼 吴明磊 +3 位作者 刘思洋 周岩 谷岩 周晓勤 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期182-198,共17页
切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(U... 切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系。基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20%SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性。通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析。模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式。与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33%,工件已加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量。所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义。 展开更多
关键词 超声振动辅助切削 sicp/al复合材料 加工机理 表面质量 切削力
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SiCp/Al复合材料在常规与超声振动辅助条件的切削过程和表面形成的有限元分析
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作者 马国红 张加力 +2 位作者 闫帆 施訸曦 刘莉 《制造技术与机床》 北大核心 2024年第4期51-56,共6页
SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程... SiCp/Al复合材料是一种典型的难加工的材料,由于其基体中颗粒增强导致常规切削中加工质量差、切削阻力高、加工损伤高,机械加工性差,常规切削已不能满足加工要求。通过切削仿真,对比分析常规与超声振动辅助切削条件下复合材料的切削过程、SiC颗粒的损伤特性、工件的表面形貌与亚表面损伤。结果表明,相比于常规切削,超声振动辅助切削可以提高复合材料的表面完整性,减少复合材料的亚表面损伤,并且能够提高工件的表面质量。 展开更多
关键词 sicp/al复合材料 有限元模拟 超声振动辅助切削 切削机理 表面质量
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Tool wear mechanisms in axial ultrasonic vibration assisted milling in-situ TiB2/7050Al metal matrix composites 被引量:2
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作者 Xiao-Fen Liu Wen-Hu Wang +2 位作者 Rui-Song Jiang Yi-Feng Xiong Kun-Yang Lin 《Advances in Manufacturing》 SCIE CAS CSCD 2020年第2期252-264,共13页
The in-situ TiB2 particle reinforced aluminum matrix composites are materials that are difficult to machine,owing to hard ceramic particles in the matrix.In the milling process,the polycrystalline diamond(PCD)tools ar... The in-situ TiB2 particle reinforced aluminum matrix composites are materials that are difficult to machine,owing to hard ceramic particles in the matrix.In the milling process,the polycrystalline diamond(PCD)tools are used for machining these materials instead of carbide cutting tools,which significantly increase the machining cost.In this study,ultrasonic vibration method was applied for milling in-situ TiB2/7050A1 metal matrix composites using a TiAIN coated carbide end milling tool.To completely understand the tool wear mechanism in ultrasonic-vibration assisted milling(UAM),the relative motion of the cutting tool and interaction of workpiecetool-chip contact interface was analyzed in detail.Additionally,a comparative experimental study with and without ultrasonic vibration was carried out to investigate the infuences of ultrasonic vibration and cutting parameters on the cutting force,tool life and tool wear mechanism.The results show that the motion of the cutting tool relative to the chip changes periodically in the helical direction and the separation of tool and chip occurs in the transverse direction in one vibration period,in ultrasonic vibration assisted cutting.I arge instantaneous acceleration can be obtained in axial ultrasonic vibration milling.The cutting force in axial direction is significantly reduced by 42%-57%,40%--57%and 44%-54%,at different cutting speeds,feed rates and cutting depths,respectively,compared with that in conventional milling.Additionally,the tool life is prolonged approximately 2--5 times when the ultrasonic vibration method is applied.The tool wear pattern microcracks are only found in UAM.These might be of great importance for future research in order to understand the cutting mechanisms in UAM of in-situ TiB2/7050A1 metal matrix composites. 展开更多
关键词 aluminum matrix composites ultrasonic vibration MILLING cutting force tool wear
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超声振动切削SiCp/Al复合材料的刀具磨损试验 被引量:5
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作者 程雪利 赵波 +2 位作者 刘传绍 焦锋 高国富 《工具技术》 北大核心 2007年第4期18-20,共3页
分别采用超声切削和普通切削两种方式对SiCP/Al复合材料进行了车削试验,研究了切削参数对硬质合金YG6刀具磨损的影响规律,并在同等条件下与聚晶金刚石(PCD)刀具进行了对比。发现超声切削的刀具磨损量要小于普通切削的刀具磨损量;超声切... 分别采用超声切削和普通切削两种方式对SiCP/Al复合材料进行了车削试验,研究了切削参数对硬质合金YG6刀具磨损的影响规律,并在同等条件下与聚晶金刚石(PCD)刀具进行了对比。发现超声切削的刀具磨损量要小于普通切削的刀具磨损量;超声切削时PCD刀具的磨损量约为YG6刀具磨损量的1/10,这点和普通切削十分相似。 展开更多
关键词 超声振动切削 刀具磨损 sicp/al复合材料
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SiCp/Al复合材料超声振动复合切削加工技术研究 被引量:5
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作者 江希龙 吕宠 肖正航 《航天返回与遥感》 2012年第5期74-81,共8页
SiCp/Al复合材料是具有优良物理、机械性能的难加工材料,常规切削加工存在加工精度及表面质量差的问题。为解决此类材料精密加工问题,采用超声振动复合切削加工方法,设计了专用的超声振动复合切削加工装置,并进行切削加工试验研究。试... SiCp/Al复合材料是具有优良物理、机械性能的难加工材料,常规切削加工存在加工精度及表面质量差的问题。为解决此类材料精密加工问题,采用超声振动复合切削加工方法,设计了专用的超声振动复合切削加工装置,并进行切削加工试验研究。试验结果表明,超声振动切削加工可显著提高SiCp/Al复合材料加工精度及表面质量。 展开更多
关键词 sicp al 复合材料 超声振动 切削加工
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超声振动高速铣削SiCp/Al复合材料的切削力及刀具磨损特性 被引量:5
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作者 张巧娥 向道辉 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2013年第2期209-212,224,共5页
颗粒增强铝基复合材料由于其优异的性能,在航空、航天及军事等领域得到广泛应用,但材料的难加工特性限制其进一步应用.采用超声高速铣削对高体分SiC颗粒增强铝基复合材料进行了实验研究,研究了超声切削参数对铣削力的影响,分析了超声加... 颗粒增强铝基复合材料由于其优异的性能,在航空、航天及军事等领域得到广泛应用,但材料的难加工特性限制其进一步应用.采用超声高速铣削对高体分SiC颗粒增强铝基复合材料进行了实验研究,研究了超声切削参数对铣削力的影响,分析了超声加工时的刀具磨损情况和机理.研究发现采用超声铣削可以有效地减小切削力,得出了超声加工SiC颗粒增强铝基复合材料的合理切削用量.同时,超声铣削很大程度上降低了磨料磨损和粘结磨损,提高了刀具的使用寿命. 展开更多
关键词 高体分sicp al复合材料 切削力 超声铣削 刀具磨损
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PCD刀具车削不同颗粒含量SiCp/Al复合材料试验研究 被引量:1
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作者 盆洪民 刘鑫 +3 位作者 倪娜 陈志涛 刘飞 岳彩旭 《航空制造技术》 2020年第11期14-19,共6页
碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切... 碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对刀具磨损和工件表面质量的影响,并对刀具磨损机理进行了研究。试验结果表明,车削微米级25%SiCp/Al材料时聚晶金刚石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具磨损更严重,且工件表面质量更差。随着进给量和背吃刀量的增大,工件表面粗糙度值增大,刀片前刀面磨损严重;随着切削速度的增大,工件表面粗糙度值减小,刀片前刀面磨损量增大。选取本文切削参数进行SiCp/Al复合材料的切削加工时,发现刀具磨粒磨损、微崩刃是PCD刀具后刀面磨损的主要成因,且刀具前刀面也会产生积屑瘤。研究结果可为SiCp/Al复合材料PCD车削工艺的优化提供理论基础。 展开更多
关键词 sicp/al复合材料 PCD刀具 车削 刀具磨损 表面质量
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SiCp/Al复合材料低损伤制孔工艺的实验研究
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作者 王梓超 刘畅 +1 位作者 王锴 高磊 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第4期68-72,97,共6页
碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料是广泛应用于航空航天和精密仪器等领域的重要轻质金属基复合材料。但是SiC硬质颗粒的存在极易导致制孔过程中钻头的剧烈磨损,进而恶化加工表面质量。本文研究了干切削和湿切削条件下传统钻削和超... 碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料是广泛应用于航空航天和精密仪器等领域的重要轻质金属基复合材料。但是SiC硬质颗粒的存在极易导致制孔过程中钻头的剧烈磨损,进而恶化加工表面质量。本文研究了干切削和湿切削条件下传统钻削和超声振动辅助钻削SiCp/Al复合材料的加工特性,包括孔出口毛刺损伤、孔壁表面粗糙度和刀具磨损,从而建立一套低损伤的制孔工艺。实验结果表明:超声振动辅助钻削可以有效降低切削过程中的钻削力,与传统钻削相比,平均切削力减小了8.32%;在工件底部加装垫板可以简单有效地降低出口毛刺高度;引入切削液和超声振动辅助加工都可以提高孔加工精度,与传统干切削相比,超声振动辅助加工下孔壁粗糙度降低了27.3%,引入切削液,孔壁表面粗糙度可以降低12.3%;SiCp/Al复合材料加工过程中,刀具磨损机理可以分为两体颗粒磨损、三体滚动磨损和黏着磨损,超声振动辅助加工可以有效降低刀具磨损,提高刀具寿命。本文的研究可以为SiCp/Al复合材料的低损伤制孔提供理论指导。 展开更多
关键词 sicp/al复合材料 超声辅助钻削 表面粗糙度 刀具磨损
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超声振动切削SiC_P/Al复合材料的刀具磨损机理分析 被引量:5
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作者 程雪利 赵波 +2 位作者 刘传绍 焦锋 高国富 《煤矿机械》 北大核心 2007年第1期104-105,共2页
采用硬质合金YG6刀具分别在普通切削和超声切削方式下,对切削SiCP/Al复合材料时的刀具磨损机理进行了分析,发现超声切削的刀具磨损机理主要是磨料磨损和粘结磨损,但都没有普通切削时严重,这也是超声切削为何能减小刀具磨损的一个重要原因。
关键词 sicp/al复合材料 超声振动切削 刀具磨损
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SiC_p/Al复合材料高速切削的研究现状 被引量:6
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作者 周家林 黄树涛 +1 位作者 许立福 彭瑞卿 《工具技术》 北大核心 2008年第7期3-7,共5页
介绍了SiCp/Al复合材料的特点、应用现状和加工难度,综合评述了SiCp/Al复合材料高速切削的国内外研究现状,分析了目前存在的主要问题及今后的研究方向。
关键词 sicp/al复合材料 高速切削 切削参数 刀具磨损
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超声振动切削SiC_P/Al复合材料的刀具磨损形态研究 被引量:1
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作者 程雪利 刁修慧 《河南机电高等专科学校学报》 CAS 2009年第6期75-76,共2页
在超声和普通切削方式下对YG6、PCD刀具切削SiCP/Al复合材料时的刀具磨损形态进行了试验研究,试验发现其磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和刀具破损。切削路程较短时,在两种切削方式下YG6前刀面均未见有明显的月牙洼磨损,YG6... 在超声和普通切削方式下对YG6、PCD刀具切削SiCP/Al复合材料时的刀具磨损形态进行了试验研究,试验发现其磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和刀具破损。切削路程较短时,在两种切削方式下YG6前刀面均未见有明显的月牙洼磨损,YG6刀具的后刀面靠近刀尖部位的磨损形态呈倒三角形;而PCD刀具没有发现明显的磨损,但刀尖发生了严重的崩碎现象。 展开更多
关键词 超声振动切削 刀具磨损 sicp/al复合材料
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不同冷却润滑方式对切削SiC_P/Al复合材料刀具磨损的影响 被引量:8
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作者 段春争 车明帆 +2 位作者 孙伟 魏斌 刘玉敏 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1244-1253,共10页
为探究不同冷却润滑方式对切削SiC_P/Al复合材料刀具磨损的影响,进行了干切削(Dry)、微量润滑(MQL)、液氮(LN_2)、切削油(Oil)和乳化液(Emulsion)共五种冷却润滑条件下的车削实验,分析了冷却润滑方式对刀具边界磨损、刀具破损和后刀面... 为探究不同冷却润滑方式对切削SiC_P/Al复合材料刀具磨损的影响,进行了干切削(Dry)、微量润滑(MQL)、液氮(LN_2)、切削油(Oil)和乳化液(Emulsion)共五种冷却润滑条件下的车削实验,分析了冷却润滑方式对刀具边界磨损、刀具破损和后刀面磨损的影响。结果表明:MQL和LN_2有更佳的流体冲刷效果,可以将脱落的SiC颗粒及时带离切削区,减少边界磨损;Oil和Emulsion冲刷效果较差,会加剧边界磨损。LN_2的使用会增加刀具受到的热应力和机械冲击,积屑瘤发生完全脱落,造成切削过程不平稳,当切削距离达到1 100m时,刀具发生破损;Oil切削时,严重的边界磨损导致刀尖部位尺寸减小,强度降低,当切削距离达到825m时发生了刀具破损。MQL良好的润滑渗透性和LN_2有效的冷却效果可以减少后刀面磨损。因此,MQL兼具冷却、润滑和流体冲刷效果,更加适合作为切削SiC_P/Al复合材料的冷却润滑方式。 展开更多
关键词 sicp/al复合材料 切削液 冷却润滑 刀具磨损 边界磨损 刀具破损
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超声振动辅助划擦高体分铝基碳化硅的刀具磨损特性 被引量:3
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作者 查慧婷 冯平法 +2 位作者 张建富 郁鼎文 吴志军 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期458-465,共8页
为研究高体分SiCp/Al复合材料旋转超声加工中金刚石刀具的磨损规律,制备了圆锥形单颗金刚石工具,分别进行了单颗金刚石普通磨损试验和超声振动辅助磨损试验,通过对比分析两种试验结果,得出超声振动对金刚石刀具磨削高体分SiCp/Al复合材... 为研究高体分SiCp/Al复合材料旋转超声加工中金刚石刀具的磨损规律,制备了圆锥形单颗金刚石工具,分别进行了单颗金刚石普通磨损试验和超声振动辅助磨损试验,通过对比分析两种试验结果,得出超声振动对金刚石刀具磨削高体分SiCp/Al复合材料时磨粒磨损规律的影响。试验结果表明:普通磨损试验中金刚石磨粒的磨损形式主要为宏观崩裂和磨耗磨损,而超声振动辅助磨损试验中金刚石磨粒的磨损形式主要为微小破碎和磨耗磨损。超声振动作用能显著降低试验过程中的切削力,减小摩擦因数,缓解金刚石磨粒与材料的黏附作用。金刚石磨粒在轴向上叠加了超声频的振动速度,其切入材料的合成速度增大,使金刚石磨粒内部尺寸较小的裂纹更易扩展,磨粒所受切削力方向不断发生改变,因此不易形成较大的宏观崩裂,金刚石磨粒的使用寿命得到延长。 展开更多
关键词 机械学 超声振动 铝基碳化硅复合材料 磨损规律 金刚石刀具
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