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超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

林洁琼 闫东 卢明明 李家成 高鑫

林洁琼, 闫东, 卢明明, 李家成, 高鑫. 超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (1): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.005
引用本文: 林洁琼, 闫东, 卢明明, 李家成, 高鑫. 超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (1): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.005
LIN Jieqiong, YAN Dong, LU Mingming, LI Jiacheng, GAO Xin. Temperature simulation of ultrasonic assisted cutting of three-dimensional SiCp/Al composites[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (1): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.005
Citation: LIN Jieqiong, YAN Dong, LU Mingming, LI Jiacheng, GAO Xin. Temperature simulation of ultrasonic assisted cutting of three-dimensional SiCp/Al composites[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (1): 36-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.005

超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.01.005
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(U19A20104);吉林省微纳与超精密制造重点实验室(20140622008JC)
详细信息
    作者简介:

    林洁琼,女,1969年生,工学博士,教授,博士生导师,研究方向为精密加工。E-mail: linjieqiong@ccut.edu.cn

    通讯作者:

    闫东,男,1998年生,工学硕士,在读研究生,研究方向为超声振动辅助切削复合材料温度研究。E-mail: 1149996377@qq.com

  • 中图分类号: TG506.5

Temperature simulation of ultrasonic assisted cutting of three-dimensional SiCp/Al composites

  • 摘要: 铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料由于优异的性能在航空航天、汽车生产等领域中得到了广泛的应用。为了深入了解超声振动辅助车削SiCp/Al的切削机理,使用有限元仿真软件ABAQUS建立了超声振动辅助车削SiCp/Al的三维仿真模型,并分别对颗粒、基体及内聚力模型进行定义。针对所建立的三维模型仿真分别分析了不同切削速度、切削深度、刀具振幅以及刀具振动频率的SiCp/Al切削温度。从仿真结果可以看出:超声振动辅助切削SiCp/Al时,SiC颗粒的温度普遍比Al基体的温度要低,切削过程中工件的温度与切削速度、切削深度和刀具的振幅成正比,但是随着刀具振动频率的增加温度反而会降低,另外在剪切带的切削温度最高。

     

  • 图  1  切削仿真过程温度场

    图  2  超声振动辅助刀具轨迹示意图

    图  3  仿真软件建立模型

    图  4  牵引分离响应(图改)

    图  5  超声切削过程

    图  6  温度随切削速度的变化曲线

    图  7  切削深度对切削温度的影响曲线

    图  8  颗粒的切削情况

    图  9  刀具振幅对切削温度的影响曲线

    图  10  频率对切削温度的影响曲线

    表  1  材料参数(表改)[15]

    AlSiCPCD
    密度/(t/mm3)2.70×10-93.13×10-94.25×10-9
    弹性模量/MPa70 6000.141147 000
    热传导/(mW/(mm·K))180812 100
    比热容/(mJ/(t·K))8.80×1084.27×1085.20×108
    热膨胀系数/(K−1)2.36×10-54.90×10-54.00×10-6
    泊松比0.340.140.08
    非线性热分数0.90.90.9
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    表  2  Al基体的Johnson-Cook本构模型参数[15]

    ABCnmMelting temp
    2654260.0010.1830.859923
    下载: 导出CSV

    表  3  Al基体的Johnson-Cook模型损伤参数[16]

    d1d2d3d4d5
    0.130.13−1.50.0110
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    表  4  切削参数与刀具参数

    参数数值
    切削速度/(mm/s)100、200、300、400、500
    切削深度/μm4、8、12、16、20
    频率/kHz20、25、30
    刀具振幅/μm2、3、4、5、6
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-10-11
  • 录用日期:  2022-11-13

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