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PCD刀具超声振动车削SiC_pAl复合材料时的切削力特性研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-12  浏览次数:1 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网市民报道:SiCp/Al复合材料是一种刚性颗粒增强型金属基复合材料,由于它具有比强度和比刚度高、线膨胀系数小、尺

  中华不锈钢网市民报道:SiCp/Al复合材料是一种刚性颗粒增强型金属基复合材料,由于它具有比强度和比刚度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好、耐磨耐热性好、可重熔性好、价格低廉等优点,因此被广泛应用于航天、航空和汽车工业。由于该材料中加入了高强度的硬脆SiC陶瓷颗粒,极大地提高了基体材料的力学性能。近年来,应用超声振动切削方法加工难加工材料显示出加工精度高、质量好的优点,其良好的加工性能引起人们的极大关注,超声振动加工正逐渐成为精密、超精密加工的重要手段之一。笔者基于PCD刀具加工SiCP/Al复合材料的普通车削与超声振动车削试验,对PCD刀具超声振动切削金属基碳化硅颗粒增强复合材料的加工工艺进行了初步探讨,分析对比了切削速度、进给量和切深等切削参数对切削力的影响规律,试验和讨论结果对金属基复合材料的切削加工(尤其对薄壁类、细长轴零件的加工)具有一定指导意义。
  
  刀;工件材料:金属基复合材料SiCP/Al棒料,熔铸,重量百分含量12%粒度W14棒料直径42mm,长振动装置:自制纵向振动装置(振幅15rtm频率切削力测量装置(见)测力系统采用北航SDC-C4A电阻应变式测力仪。该测力仪有多档可选量程,试验中选用的测量范围为0~500N测量精度为0.2N(可满足精密测量的要求)。由于测力仪频响范围为0~3000Hz,虽可满足一般切削力测量的要求,但不能测出超声振动切削中频率高达20kHz的切削力脉冲波形,因此试验中实际测出的是切削力的平均值。
  
  中华不锈钢网市民报道:3切削力与切削参数的单因素关系试验与分析3.切削速度对切削力的影响为研究切削速度的变化对超声振动切削力的影响,在切削试验中,保持进给量/= 3mm不变,仅改变切削速度,分别测量机床转速n=60r/min、90r/min、180i./min、305i/min时超声振动切削和普通切削时的切削力Fc试验结果见表1.表1切削力Fc与机床转速n的关系机床转速n(/min)振动切削力F(。(N)普通切削力F(。(N)试验获得的切削速度与切削力的关系如所示。由图可见,普通切削时,随着机床转速增大,切削力变化不大。振动切削时,由于其脉冲切削效应,在一个振动周期T内只有tc时间进行切削,故平均切削力Fc为脉冲切削力峰值的tc/T且随着切削速度增加,有效切削时间tc变长,平均切削力Fc也逐渐增大。当切削速度接近临界切削速度(即tc/T)时,Fc=Fc(此时即为普通切削状态)。由图可见切削力随转速增大而逐渐增大的变化趋势:当转速为60r/min时,振动切削的切削力只有普通切削时的1/3;随着转速增大,有效切削时间随之增加,当转速增大到180r/min时,振动切削的平均切削力增大到普通切削时的1/2左右;当转速接近临界转速时,振动切削即转化为普通切削。由此可知,试验结果与理论分析基本吻合。
  
  洛氏硬度由于C/C复合材料有不同的微观结构,因而在硬度上就表现出较大的差异。ABCDEF六种材料在A-200洛氏硬度计上,采用HRA标尺,压头为H6.35mm,以588N力在C/C复合材料垂直纤维方向的端面上测得其洛氏硬度。结果见表2从表2可知,A材料的硬度最低,因为其热解炭全部为典型的粗糙层结构,而粗糙层结构的热解炭表2不同C/C复合材料的硬度Table硬度最低,素有“软炭”之称E材料的硬度最高,是由于其热解炭为光滑层结构,可见,光滑层结构的热解炭,其硬度大于粗糙层结构的热解炭。而从BCF材料所测的硬度值上,可以推知粗糙层结构的热解炭在整个材质中所占的比例:C材料中粗糙层结构的热解炭最多,F材料次之,B最少。对于D材料,树脂炭质硬而脆,因此其硬度较高。
  
  力学性能作为制动材料,刹车盘在刹车过程中,既是热库材料,又是结构材料,因此刹车盘的力学性能也非常重要。刹车盘的力学性能主要取决于炭纤维骨架的成形方另外,不同的增密工艺和基体炭对刹车盘的力学性能也有影响。不同C/C复合材料的力学性能见表3由表3可知,力学性能三项指标均为最低的是A材料,这是由于A材料毡体采取薄毡叠层的方式,而BCEF四种材料毡体采用针刺整体毡的方式,在z向增加纤维,这种三维或准三维编织的毡体,其力学性能,特别是层间剪切强度,强于二维编织的毡体在摩擦磨损试验中,A材料极易出现分层现象,也验证了二维编织的毡体层间剪切强度不高D材料的层间剪切强度和抗弯模量明显高于其余材料,这与C/C复合材料不同的工艺路线有关2.5摩擦磨损性能作为制动材料,摩擦磨损性能是C/C复合材料刹车盘的最关键指标而C/C复合材料的微观结构,直接影响其摩擦磨损性能作者在ABCDEF六种材料上,各取一对H75mm
  
  SiCp复合材料和6066铝合金基体在不同挤压温度下挤压成型后经过固溶时效热处理后的力学性能从挤压温度对材料性能的影响可以看出,随着挤压温度的升高,复合材料及铝合金基体材料性能下降。这可能与挤压温度过高造成材料氧化,形成氧化夹杂物,以及挤压中热应力太大,在表1喷射沉积材料在不同挤压温度挤压后的密度与致密度(挤压比28.材料致密程度沉积态挤压温度密度(/g致密程度(/%)6066合金密度(/g致密程度(/%)表2材料在不同挤压比下的力学性能(挤压温度420°C)材料性能沉积态挤压比6066合金表3材料在不同挤压温度挤压成型后下的力学性能(挤压比为28.材料性能挤压温度/C Al/SiCp复合材料6066合金挤压棒中形成表面的竹节状裂纹和很多微裂纹等挤压缺陷有关,这说明挤压成型中挤压温度不宜过高,只要能够挤压成型即可。
  
  SiC/Al复合材料喷射沉积状态的组织很疏松,存在许多的间隙,其密度约为理论密度的86%,SiC颗粒在复合材料中分布不均匀,喷射沉积铝合金基体的致密度可达90%;挤压过程使复合材料的大多数空隙消失,材料致密程度提高;大,但是挤压比超过14.7后复合材料的致密程度不会明显变化,而铝合金基体的致密程度与挤压比的变化关系不明显;而挤压温度对材料的致密程度影响不大;7后变化不大;铝合金的性能不受挤压比变化的影响;而挤压温度过高使材料性能下降.中华不锈钢网市民报道

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