SiCp/Al复合材料微铣削加工材料去除及参数优化研究
发布时间：2021-02-25 01:34
碳化硅颗粒增强型铝基复合材料（SiCp/Al）具有高比强度和比模量、耐高温、耐磨、耐疲劳、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等优异性能,并且较易批量制造成形以及成本较低,已被广泛应用于航空航天及自动化等多个领域,应用前景广阔。然而,SiCp/Al复合材料中基体相铝合金和增强相碳化硅颗粒材料特性的不同,使得其加工机理复杂,加工表面缺陷严重,严重影响了该材料在精密领域的应用。本文采用微细铣削技术加工SiCp/Al复合材料,对其中的材料去除和表面缺陷形成机制、铣削力预测及分析、表面微观形貌以及表面缺陷抑制方法进行了研究,以指导工艺参数的选择和优化,对提高加工质量,推动该类材料的进一步应用具有十分重要的意义。为研究SiCp/Al复合材料的非均质特性对材料去除以及表面缺陷的影响,建立了考虑颗粒断裂去除的单颗粒微观力学仿真模型,分析了不同刀具-颗粒接触位置以及切削速度下的切削机理。结果表明,当刀具切削颗粒上部时,颗粒破碎去除,且随着切削速度的增大,破碎程度减弱,表面缺陷主要为裂纹;当刀具切削颗粒下部时,当切削速度较小时,颗粒以拔除为主,表面缺陷为大凹坑,当切削速度增大时,颗粒逐渐破碎,表面缺陷逐渐变为裂纹...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 SiCp/Al复合材料加工的国内外研究现状及分析
1.2.1 SiCp/Al材料去除机理及表面缺陷的仿真研究现状
1.2.2 SiCp/Al切削力模型研究现状
1.2.3 SiCp/Al铣削加工表面质量评价研究现状
1.2.4 SiCp/Al铣削加工参数选择研究现状
1.2.5 国内外研究现状简析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 SiCp/Al复合材料微铣削加工材料去除及表面缺陷形成仿真研究
2.1 引言
2.2 基于颗粒随机分布模型的仿真分析
2.2.1 颗粒随机分布模型的建立
2.2.2 材料特性及失效准则
2.2.3 仿真结果及分析
2.3 基于单颗粒模型的仿真分析
2.3.1 单颗粒模型的建立
2.3.2 切屑的分离准则
2.3.3 仿真结果及分析
2.4 切削速度对颗粒去除及表面缺陷形成的影响研究
2.4.1 仿真模型及参数设置
2.4.2 仿真结果及分析
2.5 实验验证
2.5.1 实验设计
2.5.2 实验结果以及分析
2.6 本章小结
第3章 SiCp/Al复合材料铣削力建模与分析
3.1 引言
3.2 基体材料的铣削力模型构建
3.2.1 微铣削加工中的尺寸效应现象
3.2.2 剪切区的铣削力模型构建
3.2.3 犁耕区的铣削力模型构建
3.3 颗粒的破碎力模型构建
3.4 复合材料的铣削力模型构建
3.5 铣削力模型的实验验证
3.5.1 模型系数获取
3.5.2 模型验证及分析
3.6 工艺参数对铣削力的影响分析
3.7 颗粒破碎力对铣削力的影响
3.8 本章小结
第4章 SiCp/Al复合材料微铣削加工表面微观形貌研究
4.1 引言
4.2 表面微观形貌的评价参数
4.2.1 粗糙度参数
4.2.2 分形维数
4.3 工艺参数对表面微观形貌的影响分析
4.3.1 实验设计
4.3.2 工艺参数对表面粗糙度的影响
4.3.3 工艺参数对表面分形维数的影响
4.3.4 表面粗糙度和表面分形维数的极差分析
4.4 工艺参数的优化研究
4.4.1 约束方程的构建
4.4.2 优化模型及优化结果
4.4.3 优化结果的验证
4.5 本章小结
第5章 面向SiCp/Al复合材料微铣削表面缺陷抑制的参数优选研究
5.1 引言
5.2 基于两相去除特征的参数选用原则
5.3 侧铣加工中参数优选分析
5.4 端铣加工中参数优选分析
e≥R时的参数优选分析"> 5.4.1 ae≥R时的参数优选分析
e
5.4.2 ae
5.5 实验验证与分析
5.5.1 实验设计
5.5.2 侧铣实验结果分析
5.5.3 端铣实验结果分析
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状与展望[J]. 王行,谢敬佩,郝世明,王爱琴. 稀有金属与硬质合金. 2013(03)
[2]SiCp/Al复合材料高速铣削切削力模型建立[J]. 边卫亮,傅玉灿,徐九华,张帅,葛英飞. 航空制造技术. 2012(03)
[3]颗粒增强金属基复合材料切削加工工艺的新进展[J]. 胡宏楠,董明. 金属材料与冶金工程. 2009(01)
[4]PCD刀具高速铣削SiCp/Al复合材料的表面粗糙度研究[J]. 许立福,于晓琳,周家林,周丽,黄树涛. 沈阳理工大学学报. 2009(01)
[5]高速铣削SiCP/Al时切削力及影响因素的研究[J]. 周家林,黄树涛,崔岩. 机械工程师. 2007(11)
[6]功率谱密度（PSD）在评价超精密光学表面中的应用研究[J]. 刘耀红,滕霖,李大琪,张萧. 航空精密制造技术. 2006(02)
[7]陶瓷材料延性域磨削机理[J]. 郑建新,徐家文,吕正兵. 硅酸盐学报. 2006(01)
[8]SiCp增强金属基复合材料的研究进展[J]. 强颖怀,王晓虹,冯培忠. 轻金属. 2003(07)
[9]复合材料的切削加工表面质量[J]. 全燕鸣,曾志新,叶邦彦. 中国机械工程. 2002(21)
[10]碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天应用[J]. 崔岩. 材料工程. 2002(06)
博士论文
[1]SiCp/Al复合材料超声振动磨削材料去除及表面质量研究[D]. 郑伟.哈尔滨工业大学 2017
[2]高体积分数SiCp/Al复合材料高速铣削基础研究[D]. 王涛.北京理工大学 2015
[3]SiC颗粒增强铝基复合材料铣磨加工及其关键技术研究[D]. 都金光.哈尔滨工业大学 2014
[4]颗粒增强金属基复合材料加工过程优化[D]. Muguthu Joseph Njuguna.哈尔滨工业大学 2013
[5]高体积分数SiCp/Al复合材料精密磨削机理及表面评价研究[D]. 于晓琳.沈阳工业大学 2012
[6]SiCp/Al复合材料高速铣削表面质量及刀具磨损研究[D]. 王阳俊.哈尔滨工业大学 2012
[7]SiCp/Al复合材料摩擦学特性及其分形研究[D]. 戈晓岚.江苏大学 2010
硕士论文
[1]SiCp/Al复合材料磨削机理的研究[D]. 王福松.沈阳理工大学 2012
[2]SiCp/Al复合材料切削过程仿真与实验研究[D]. 赵永华.哈尔滨工业大学 2011
[3]SiCp/Al复合材料高速切削加工表面微观形貌表征的研究[D]. 张元晶.哈尔滨工业大学 2010
[4]超精密加工表面粗糙度测量方法对比及功率谱密度评价[D]. 陈建超.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3050233
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 SiCp/Al复合材料加工的国内外研究现状及分析
1.2.1 SiCp/Al材料去除机理及表面缺陷的仿真研究现状
1.2.2 SiCp/Al切削力模型研究现状
1.2.3 SiCp/Al铣削加工表面质量评价研究现状
1.2.4 SiCp/Al铣削加工参数选择研究现状
1.2.5 国内外研究现状简析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 SiCp/Al复合材料微铣削加工材料去除及表面缺陷形成仿真研究
2.1 引言
2.2 基于颗粒随机分布模型的仿真分析
2.2.1 颗粒随机分布模型的建立
2.2.2 材料特性及失效准则
2.2.3 仿真结果及分析
2.3 基于单颗粒模型的仿真分析
2.3.1 单颗粒模型的建立
2.3.2 切屑的分离准则
2.3.3 仿真结果及分析
2.4 切削速度对颗粒去除及表面缺陷形成的影响研究
2.4.1 仿真模型及参数设置
2.4.2 仿真结果及分析
2.5 实验验证
2.5.1 实验设计
2.5.2 实验结果以及分析
2.6 本章小结
第3章 SiCp/Al复合材料铣削力建模与分析
3.1 引言
3.2 基体材料的铣削力模型构建
3.2.1 微铣削加工中的尺寸效应现象
3.2.2 剪切区的铣削力模型构建
3.2.3 犁耕区的铣削力模型构建
3.3 颗粒的破碎力模型构建
3.4 复合材料的铣削力模型构建
3.5 铣削力模型的实验验证
3.5.1 模型系数获取
3.5.2 模型验证及分析
3.6 工艺参数对铣削力的影响分析
3.7 颗粒破碎力对铣削力的影响
3.8 本章小结
第4章 SiCp/Al复合材料微铣削加工表面微观形貌研究
4.1 引言
4.2 表面微观形貌的评价参数
4.2.1 粗糙度参数
4.2.2 分形维数
4.3 工艺参数对表面微观形貌的影响分析
4.3.1 实验设计
4.3.2 工艺参数对表面粗糙度的影响
4.3.3 工艺参数对表面分形维数的影响
4.3.4 表面粗糙度和表面分形维数的极差分析
4.4 工艺参数的优化研究
4.4.1 约束方程的构建
4.4.2 优化模型及优化结果
4.4.3 优化结果的验证
4.5 本章小结
第5章 面向SiCp/Al复合材料微铣削表面缺陷抑制的参数优选研究
5.1 引言
5.2 基于两相去除特征的参数选用原则
5.3 侧铣加工中参数优选分析
5.4 端铣加工中参数优选分析
e≥R时的参数优选分析"> 5.4.1 ae≥R时的参数优选分析
e
5.4.2 ae
5.5.1 实验设计
5.5.2 侧铣实验结果分析
5.5.3 端铣实验结果分析
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状与展望[J]. 王行,谢敬佩,郝世明,王爱琴. 稀有金属与硬质合金. 2013(03)
[2]SiCp/Al复合材料高速铣削切削力模型建立[J]. 边卫亮,傅玉灿,徐九华,张帅,葛英飞. 航空制造技术. 2012(03)
[3]颗粒增强金属基复合材料切削加工工艺的新进展[J]. 胡宏楠,董明. 金属材料与冶金工程. 2009(01)
[4]PCD刀具高速铣削SiCp/Al复合材料的表面粗糙度研究[J]. 许立福,于晓琳,周家林,周丽,黄树涛. 沈阳理工大学学报. 2009(01)
[5]高速铣削SiCP/Al时切削力及影响因素的研究[J]. 周家林,黄树涛,崔岩. 机械工程师. 2007(11)
[6]功率谱密度（PSD）在评价超精密光学表面中的应用研究[J]. 刘耀红,滕霖,李大琪,张萧. 航空精密制造技术. 2006(02)
[7]陶瓷材料延性域磨削机理[J]. 郑建新,徐家文,吕正兵. 硅酸盐学报. 2006(01)
[8]SiCp增强金属基复合材料的研究进展[J]. 强颖怀,王晓虹,冯培忠. 轻金属. 2003(07)
[9]复合材料的切削加工表面质量[J]. 全燕鸣,曾志新,叶邦彦. 中国机械工程. 2002(21)
[10]碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天应用[J]. 崔岩. 材料工程. 2002(06)
博士论文
[1]SiCp/Al复合材料超声振动磨削材料去除及表面质量研究[D]. 郑伟.哈尔滨工业大学 2017
[2]高体积分数SiCp/Al复合材料高速铣削基础研究[D]. 王涛.北京理工大学 2015
[3]SiC颗粒增强铝基复合材料铣磨加工及其关键技术研究[D]. 都金光.哈尔滨工业大学 2014
[4]颗粒增强金属基复合材料加工过程优化[D]. Muguthu Joseph Njuguna.哈尔滨工业大学 2013
[5]高体积分数SiCp/Al复合材料精密磨削机理及表面评价研究[D]. 于晓琳.沈阳工业大学 2012
[6]SiCp/Al复合材料高速铣削表面质量及刀具磨损研究[D]. 王阳俊.哈尔滨工业大学 2012
[7]SiCp/Al复合材料摩擦学特性及其分形研究[D]. 戈晓岚.江苏大学 2010
硕士论文
[1]SiCp/Al复合材料磨削机理的研究[D]. 王福松.沈阳理工大学 2012
[2]SiCp/Al复合材料切削过程仿真与实验研究[D]. 赵永华.哈尔滨工业大学 2011
[3]SiCp/Al复合材料高速切削加工表面微观形貌表征的研究[D]. 张元晶.哈尔滨工业大学 2010
[4]超精密加工表面粗糙度测量方法对比及功率谱密度评价[D]. 陈建超.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3050233
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