基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

毋宇超, 郭淼现, 郭维诚, 周金强

表面技术 ›› 2024, Vol. 53 ›› Issue (8) : 145-155.

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表面技术 ›› 2024, Vol. 53 ›› Issue (8) : 145-155. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.08.013
精密与超精密加工

基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

  • 毋宇超1, 郭淼现1, 郭维诚1, 周金强2
作者信息 +

Surface Damage Formation Mechanism of SiCp/Al Composites Based on 2D Cutting

  • WU Yuchao1, GUO Miaoxian1, GUO Weicheng1, ZHOU Jinqiang2
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摘要

目的 研究SiCp/Al复合材料切削过程中的表面损伤形成机制。方法 以SiCp/Al复合材料为研究对象,展开基于二维切削的仿真和实验研究,建立了包含铝合金2A14、SiC增强颗粒以及界面特性的SiCp/Al切削仿真模型,对作用于不同SiC颗粒部位的材料表面缺陷进行分析;接着利用高速直线电机搭建能映射二维切削条件的实验平台,在不同材料去除条件下,利用扫描电子显微镜和白光干涉仪对切削表面形貌进行测试,分析和验证切削表面损伤形成条件。结果 SiCp/Al复合材料切削表面损伤机理取决于SiC颗粒相对刀具切削路径的位置:当刀尖作用在SiC颗粒的顶部时,表面损伤主要为基体撕裂、颗粒破碎;当刀尖作用在SiC颗粒的中部时,表面损伤为颗粒破碎导致的裂纹和凹坑;当刀尖作用在SiC颗粒的底部时,表面损伤为颗粒拔出导致的凹坑。随着切削深度的增大,凹坑逐渐增多,表面粗糙度随之增大。结论 利用二维切削模型仿真方法和高速直线电机实验,可以有效研究复合材料切削损伤形成机制。SiC颗粒相对刀具切削路径的位置不同会导致切削损伤不同;SiCp/Al复合材料表面质量会随着切削速度的提升而有所提高。

Abstract

The precision machining of silicon carbide particle reinforced aluminum matrix (SiCp/Al) composite with high surface integrity of low damage is a key challenge to ensure the components performance in service. However, due to the different mechanical properties of Al matrix and SiC reinforced phase, the surface damage formation of SiCp/Al composites varies markedly compared with homogeneous metallic materials. In order to investigate the surface damage formation mechanism of SiCp/Al composites, a 2D cutting simulation and experimental test are conducted in the study.

关键词

SiCp/Al复合材料;高速直线电机;切削仿真;表面损伤;去除机制;表面质量

Key words

SiCp/Al composites; high-speed linear motor; cutting simulation; surface damage; removal mechanism; surface quality

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毋宇超, 郭淼现, 郭维诚, 周金强. 基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究[J]. 表面技术. 2024, 53(8): 145-155
WU Yuchao, GUO Miaoxian, GUO Weicheng, ZHOU Jinqiang. Surface Damage Formation Mechanism of SiCp/Al Composites Based on 2D Cutting[J]. Surface Technology. 2024, 53(8): 145-155

基金

国家自然科学基金(52275452,52105470)

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