【摘 要】
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铝基碳化硅(Si Cp/Al)复合材料具有轻质、高硬度、高强度等优异机械性能,广泛应用于航空航天等领域。由于高强度硬度而使其加工难度大,加工时刀具磨损严重、加工表面质量差一直是困扰业界的难题。本文采用激光辅助微铣削的方法对Si Cp/Al材料进行加工,并对其加工过程进行有限元仿真。通过探究加工参数对切削力和表面粗糙度值的影响,对比不同参数下的材料可加工性,并对材料去除机理进行研究,确定最优切削参数
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铝基碳化硅(Si Cp/Al)复合材料具有轻质、高硬度、高强度等优异机械性能,广泛应用于航空航天等领域。由于高强度硬度而使其加工难度大,加工时刀具磨损严重、加工表面质量差一直是困扰业界的难题。本文采用激光辅助微铣削的方法对Si Cp/Al材料进行加工,并对其加工过程进行有限元仿真。通过探究加工参数对切削力和表面粗糙度值的影响,对比不同参数下的材料可加工性,并对材料去除机理进行研究,确定最优切削参数组合。本文通过仿真分析微观材料去除机理,并通过理论建模和热仿真确定激光功率与温度之间的关系,为试验提供激光功率参数范围。通过单一因素试验和优化试验,确定最优切削参数,从而达到减小刀具磨损、改善表面加工质量的目的。首先,使用有限元软件ABAQUS对体积分数60%的铝基碳化硅切削过程进行建模仿真,以分析材料去除方式和材料应力-应变分布情况。通过总结国内外复合材料建模方法,建立了铝基碳化硅微铣削模型,并根据颗粒与刀具之间相对位置分别进行仿真分析。然后,对激光加热温度场进行理论和仿真分析,探究激光对材料加热机理以及不同激光功率下对应的加热温度。在切削仿真模型中预加温度场,研究不同温度下的材料切削力变化情况,为后续试验选定激光功率参数。接下来,进行单因素试验,分别对体积分数为15%和60%的铝基碳化硅材料进行铣削试验,以得出体积分数、铣削深度、主轴转速和每齿进给量对切削力、加工表面质量及刀具磨损量的影响。并使用激光辅助加工来铣削体积分数为60%的Si Cp/Al,研究其在激光辅助下材料去除机理,验证激光辅助的优越性。最后,对体积分数为60%的铝基碳化硅材料进行激光辅助优化试验。使用田口实验设计法和响应曲面法研究各参数对表面粗糙度和切削力影响程度,并通过方差计算确定最优参数组合,以保证在较高加工效率的情况下,减小刀具磨损从而降低加工成本。
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