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20%SiCp/Al复合材料磨削机理及表面粗糙度研究

尹逊雨 高奇 陈野 崔天阳 张科

尹逊雨, 高奇, 陈野, 崔天阳, 张科. 20%SiCp/Al复合材料磨削机理及表面粗糙度研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.017
引用本文: 尹逊雨, 高奇, 陈野, 崔天阳, 张科. 20%SiCp/Al复合材料磨削机理及表面粗糙度研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.017
YIN Xunyu, GAO Qi, CHEN Ye, CUI Tianyang, ZHANG Ke. Study on micro-grinding mechanism and surface quality of 20 vol% SiCp/Al composites[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.017
Citation: YIN Xunyu, GAO Qi, CHEN Ye, CUI Tianyang, ZHANG Ke. Study on micro-grinding mechanism and surface quality of 20 vol% SiCp/Al composites[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.017

20%SiCp/Al复合材料磨削机理及表面粗糙度研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.017
基金项目: 辽宁省科技厅博士启动基金(2019-BS-123);辽宁省自然科学基金(2022-MS-375)
详细信息
    作者简介:

    尹逊雨,男,1997年生,硕士研究生在读,研究方向为颗粒增强金属基复合材料磨削表面完整性。E-mail:1483373905@qq.com

    通讯作者:

    高奇,男,1981年生,博士,副教授,研究方向为精密与超精密加工、微尺度加工。E-mail:qqonline@163.com

  • 中图分类号: TH161

Study on micro-grinding mechanism and surface quality of 20 vol% SiCp/Al composites

  • 摘要: 碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)具有优异的材料力学性能,由于SiC颗粒具有较高的硬度使材料加工极其困难。针对体分比为20%的SiCp/2009Al复合材料进行磨削研究,建立了单磨粒磨削有限元模型,对磨削机理和磨削后材料的表面缺陷情况进行仿真分析,并通过磨削试验进行了验证,分析得出形成的表面缺陷有划伤、分层、毛刺、沟痕和凹坑等。根据试验结果,拟合了回归方程,分析了主轴转速、进给速度和磨削深度对表面粗糙度的影响程度。

     

  • 图  1  SiCp/Al复合材料微观结构

    图  2  SiCp/Al复合材料磨削模型

    图  3  基体和SiC颗粒的网格

    图  4  磨削试验系统及检测设备

    图  5  残差和残差置信区间分布图

    图  6  粗糙度对比直方图

    图  7  仿真过程的应力云图

    图  8  Al基体和SiC颗粒的分布

    图  9  表面特征:n=10 000 r/min, f=4 mm/min, ap=0.04 mm

    图  10  表面特征:n=10 000 r/min, f=8 mm/min, ap=0.06 mm

    图  11  表面特征:n=12 000 r/min, f=4 mm/min, ap=0.05 mm

    表  1  有限元仿真中的力学参数

    参数2009Al基体SiC颗粒
    密度ρ/(kg/m3)2 8503 186
    杨氏模量E/GPa110427
    泊松比0.330.17
    热导率K/(W∙m−1∙K−1)17581
    比热容C/(J∙kg−1∙K−1)880427
    初始屈服强度σ0/MPa3851 500
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    表  2  J-C本构模型参数

    参数A/MPaB/MPaCabTm/℃T0/℃
    数值2407000.0050.2250020
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    表  3  J-C模型损伤参数

    参数d1d2d3d4d5
    数值0.1551.24−2.140.0220
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    表  4  因素水平表

    水平试验因素
    主轴转速
    n/(r/min)
    进给速度
    f /(mm/min)
    磨削深度
    ap /mm
    110 00040.04
    212 00060.05
    314 00080.06
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    表  5  试验参数和测量结果

    因素编码试验因素粗糙度
    Ra /μm
    ABC主轴转速
    n /(r/min)
    进给速度
    f /(mm/min)
    磨削深度
    ap /mm
    111110 00040.040.090
    212210 00060.050.104
    313310 00080.060.140
    421212 00040.050.127
    522312 00060.060.105
    623112 00080.040.076
    731314 00040.060.105
    832114 00060.040.075
    933214 00080.050.066
    1010 00060.040.116
    1112 00060.040.077
    1210 00040.050.271
    1310 00080.050.123
    1412 00080.050.085
    1512 00080.060.113
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    表  6  极差分析结果

    参数主轴转速
    n /(r/min)
    进给速度
    f /(mm/min)
    磨削深度
    ap /mm
    K10.3340.3220.241
    K20.3080.2840.297
    K30.2460.2820.350
    k10.1110.1070.080
    k20.1030.0950.099
    k30.0820.0940.117
    极差R0.0290.0130.037
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  • [1] 谢文芳, 王行. 真空热压烧结制备SiCp/2024Al复合材料动态力学性能[J]. 粉末冶金工业, 2021, 31(2): 47-51. doi: 10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20200001
    [2] 聂俊辉, 樊建中, 魏少华, 等. 航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用[J]. 航空制造技术, 2017(16): 26-36. doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.026
    [3] Yin G Q, Gong Y D, Li Y W, et al. Modeling and evaluation in grinding of SiCp/Al composites with single diamond grain[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2019, 163(C): 105137-105137.
    [4] Wei X, Chen G D, Wang B, et al. Characteristics and grinding performance evaluation of the high-fraction GNFs/SiCp/6061Al matrix hybrid composites[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 867(29): 159049.
    [5] Chen Z R, Li C Y, Xu L, et al. Research on the grinding performance of high pressure sintering SiCp/Al matrix composites[J]. Engineering Review, 2018, 38(2): 175-181. doi: 10.30765/er.38.2.5
    [6] Du J G, Ming W Y, Cao Y, et al. Particle removal mechanism of high volume fraction SiCp/Al composites by single diamond grit tTool[J]. Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition, 2019, 34(2): 324-331. doi: 10.1007/s11595-019-2055-5
    [7] 谷倩微, 邓朝晖, 吕黎曙, 等. 磨削表面形貌建模研究进展[J]. 宇航材料工艺, 2021, 51(2): 1-10.
    [8] 付钰, 赵秀栩, 魏俊华, 等. 切削参数对车削20CrMnTi表面粗糙度的影响及优化研究[J]. 机床与液压, 2020, 48(22): 50-53,90. doi: 10.3969/j.issn.1001-3881.2020.22.009
    [9] 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
    [10] 王旭. 铝基碳化硅微切削仿真方法及表面完整性研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2019.
    [11] Umer U, Abidi M H, Qudeiri J A, et al. Tool performance optimization while machining aluminium-based metal matrix composite[J]. Metals, 2020, 10(6): 835. doi: 10.3390/met10060835
    [12] 张帅, 张顺国. 车削加工表面粗糙度建模现状研究[J]. 机械工程师, 2017(12): 96-100,104. doi: 10.3969/j.issn.1002-2333.2017.12.034
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  • 收稿日期:  2022-07-02

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