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SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究

范依航 霍志倩 郝兆朋

范依航, 霍志倩, 郝兆朋. SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (2): 43-49. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.02.008
引用本文: 范依航, 霍志倩, 郝兆朋. SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (2): 43-49. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.02.008
FAN Yihang, HUO Zhiqian, HAO Zhaopeng. Simulation and experimental study on machining of SiCp/Al composites[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (2): 43-49. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.02.008
Citation: FAN Yihang, HUO Zhiqian, HAO Zhaopeng. Simulation and experimental study on machining of SiCp/Al composites[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (2): 43-49. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.02.008

SiCp/Al复合材料切削仿真与实验研究

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.02.008
基金项目: 

国家自然科学基金 51605043

吉林省自然科学基金 20120201064JC

吉林省教育厅科研项目 JJKKH20210725KJ

详细信息
    通讯作者:

    范依航,女,1983年生,工学博士,副教授,硕士生导师,从事难加工材料高效精密切削技术研究,已发表论文30余篇。E-mail: fyh1911@126.com

  • 中图分类号: TG506

Simulation and experimental study on machining of SiCp/Al composites

  • 摘要: 由于SiCp/Al颗粒增强复合材料具有高比模量、高比强度、耐磨性好、耐高温和导热导电性能良好等优异性能, 使其在工程应用中成为了传统金属的精良替代品。针对体积分数为45%的SiCp/Al颗粒增强复合材料进行切削研究, 建立切削仿真模型, 从应力场的分布情况、颗粒的断裂与破碎机理以及切屑表面的裂纹扩展等方面对切削机理进行仿真分析, 并通过铣削实验进行了验证。结果表明, 颗粒的断裂与破碎主要发生在剪切区和工件与切屑的分离面, 同时由于颗粒的存在会使切屑表面产生微裂纹, 微裂纹的扩展是影响切屑表面形态的重要因素。

     

  • 图  1  学实验装置

    图  2  准静态压缩实验获得的应力-应变曲线

    图  3  不同条件下的应力-应变曲线

    图  4  SiCp/2024A1切削模型

    图  5  切削过程应力分布云图

    图  6  SiC颗粒应力值

    图  7  切削仿真结果

    图  8  加工过程中的应力分布

    图  9  扫描电镜下的SiC颗粒

    图  10  试验和仿真形态

    图  11  切削过程温度分布云图

    图  12  微裂纹和微空洞对切屑形成的作用

    图  13  不同切削速度下的切屑形态

    图  14  SiCp/AI复合材料扫描电镜图

    表  1  Al基体JC模型材料参数

    A/MPa B/MPa n m C T0/(°K) Tmelt /(°K)
    402 921 0.97 1.58 0.092 293.5 793.5
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    表  2  Al基体材料JC失效参数

    d1 d2 d3 d4 d5
    0.13 0.13 -1.5 0.011 0
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    表  3  SiC颗粒的断裂参数

    σ/MPa GfI/(J/m2) p ξmax
    1 500 30 1 0.001
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    表  4  材料参数

    参数 YG8刀具 Al基体 SiC
    密度/(kg/m3) 14 600 2 810 3 130
    弹性模量/MPa 640 000 71 700 420 000
    泊松比 0.23 0.33 0.14
    比热容/(J/kg·℃) 220 960 427
    线膨胀系数/(10-6-1) 4.5 2.36 4.9
    导热率/(W/m·℃) 75.4 173 81
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-08-24
  • 网络出版日期:  2022-03-09

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