SiCp/Al复合材料低损伤表面切削加工研究与进展

SiC_p/Al复合材料属于典型的难加工材料,其SiC颗粒增强相的存在使得切削加工时材料已加工表面极易出现基体撕裂、微裂纹、微空穴等缺陷。为了实现SiC_p/Al复合材料的高效低损伤加工,从切屑形成机制、表面完整性和刀具磨损等方面总结SiC_p/Al复合材料切削加工性能及其影响因素,研究表明,该材料增强相颗粒去除方式和去除机理对表面形成过程影响显著;探讨了SiC_p/Al复合材料塑性域加工机理和塑脆转换临界条件获取方面的研究进展,综述了表征SiC_p/Al动态力学性能的宏微观建模方法,分析了多尺度多相耦合切削加工有限元仿真的热点和难点问题;指出了低温微切削、超声辅助微切削、激光辅助微切削等是实现SiC_p/Al复合材料协调变形和塑性域加工工艺条件的发展方向。     

硬脆材料延性域磨削的临界条件

以硬脆材料的压痕实验为基础，通过法向力作用的金刚石压头模拟磨粒磨削硬脆材料表面，研究了硬脆材料的脆性──延性转变的临界载荷值．并依据不同硬脆材料磨削表面的特征和断面形貌、磨削加工规律以及脆延转变的临界载荷，得出了硬脆材科超薄磨削过程中脆性──延性转变的临界切削深度．     

工程陶瓷磨削表面/亚表面损伤的产生及其控制

讨论了表面/亚表面裂纹和残余应力产生的原因及扩展机理,探讨了控制陶瓷磨削表面/亚表面损伤的途径,并指出了当前存在的问题及今后需要努力地方向.     

光学材料磨削加工亚表面损伤层深度测量及预测方法研究

针对光学材料磨削加工引入的亚表面损伤层,综合使用磁流变抛光斑点技术和HF差动化学蚀刻速率法测量亚表面裂纹层深度和亚表面残余应力层厚度。建立了亚表面裂纹层深度与表面粗糙度间关系的理论模型,以实现亚表面裂纹层深度的准确预测,并通过分析亚表面裂纹尖端应力场,预测了亚表面裂纹尖端塑性层厚度。     

切向超声辅助氧化锆陶瓷镜面磨削试验研究

氧化锆陶瓷具有高脆性、低断裂韧性等特点,精密加工难度大,一直限制着其应用.针对这一难题,提出了切向超声辅助镜面磨削的精密加工方法,研究了超声振幅对工件表面粗糙度、磨削力和磨削温度的影响,以及有/无超声作用下砂轮的磨损状况等基础加工特性.结果表明,切向超声辅助磨削可以实现氧化锆陶瓷镜面加工,在振幅Ap–p=4.66μm时...     

振动辅助抛光的原理分析与实验研究

首先从理论上分析了振动辅助抛光的加工过程,通过建立单颗磨粒冲击工件的数学模型,分析了振动参数变化引起硬脆材料的塑-脆去除方式转变机制。采用LY-DYNA软件对球形和锥形磨粒冲击工件的仿真分析结果表明：随着振动参数的增强,磨粒切入深度增加,达到临界切削深度后产生裂纹脆性去除,从而能够实现工件材料的额外去除。在实验平台上开展的径向振动抛光实验结果表明：引入振动后抛光去除效率显著提升,证明了理论分析的正确性。     

氮化硅陶瓷切削仿真与实验

针对金刚石砂轮磨粒尺寸、形状的不规则性和空间位置不确定性的特点,采用球坐标中随机点产生的空间平面切分实体和截角多面体相结合的方法,并考虑氮化硅陶瓷工件的磨削亚表面形貌和裂纹损伤,建立了截角多面体磨粒和含有典型裂纹的工件模型。进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷的有限元仿真和实验,结果表明:磨削加工和数值仿真的磨削力值变化趋势相同,差值小于8%,切削力随砂轮转速增大而减小、随工件速度和切削深度增大而增大,而切削深度对切削力的影响程度最大。     

硬脆性材料功能微结构精密磨削实验

基于硬脆性材料加工机理分析了其微结构磨削表面精度与磨削工艺的关系,利用压痕法研究硬脆性材料加工的脆塑转变临界条件,在此基础上结合最大切屑厚度h模型及表面粗糙度Ra模型初步确定了磨削加工工艺参数范围。分析了切削速度与工件进给速度对表面粗糙度的影响机制和规律,并针对石英玻璃进行了磨削实验。研究结果表明,在延性域磨削条件下可获得磨削后表面粗糙度为55nm的高质量表面,为硬脆性材料微结构延性域临界磨削条件研究提供了理论参考与试验依据。     

基于磁流变斑点法的热压多晶氟化镁加工亚表面损伤实验研究

精确测量出每道加工工序残留的亚表面损伤深度值是达到光学元件加工质量要求的前提保证.通过磁流变抛光斑点法测量几种常用的加工方法对氟化镁试样加工后产生的亚表面损伤深度数值,为将来该材料实际工件加工提供参考.     

硬脆材料光滑表面超精磨削的研究

利用自行研制的专用小电流低电压脉冲/直流电解电源和非线性弱电解水基磨削液,在MM712OA精密平面磨床上制作了一套ELID磨削装置,对硬脆材料的ELID光滑表面磨削技术进行了系统的研究,获得了砂轮修整参数及磨削参数与光滑表面磨削粗糙度之间的关系。     

A theoretical model of semi-elliptic surface crack growth

A theoretical model of semi-elliptic surface crack growth based on the low cycle strain damage accumulation near the crack tip along the cracking direction and the Newman–Raju formula is developed. The crack is regarded as a sharp notch with a small curvature radius and the process zone is assumed to be the size of cyclic plastic zone. The modified Hutchinson, Rice and Rosengren(HRR) formulations are used in the presented study. Assuming that the shape of surface crack front is controlled by two critical points: the deepest point and the surface point.The theoretical model is applied to semi-elliptic surface cracked Al 7075-T6 alloy plate under cyclic loading, and five different initial crack shapes are discussed in present study. Good agreement between experimental and theoretical results is obtained.     

陶瓷刀具切削高温合金试验研究

本文通过对陶瓷刀片车削镍基高温合金GH4169机理的研究,得到了切削速度、进给量和切削深度对切削力及切削温度和表面粗糙度的影响,进而优化切削工艺。借助olympus的3D测量激光共焦显微镜,得到了刀片的磨损形貌,并对其做了简要分析。     

J-C本构参数对绝热剪切影响的敏感性分析

 综合考虑应变、应变率和温度对绝热剪切的影响,通过理论推导建立了基于J-C本构方程的绝热剪切失稳判据。以45号钢、TC4钛合金和7050航空铝合金3种不同的金属晶格材料为例,计算得出了出现锯齿形切屑的临界切削速度,并以临界切削速度为参量,以敏感度作为衡量敏感性的统一标准,进行了本构参数对绝热剪切的敏感性分析,旨在说明J-C本构参数对绝热剪切的影响大小,为材料的本构研究和工程中绝热剪切的预测提供一定的理论参考。研究结果表明:3种材料中,TC4钛合金对绝热剪切的敏感性最大;J-C本构参数对锯齿形切屑的出现皆有影响,对绝热剪切的敏感性最大的是本构参数A,次大的是硬化系数n。     

Interference mechanism and damage accumulation in high-speed cross scratches on hard brittle materials

Precision and low damage grinding of aviation optical elements can effectively improve the overall processing efficiency. The mechanism of high-speed cross scuffing of multiple abrasive particles has become an important factor affecting the forming quality of workpiece. Interaction of abrasive trajectory determines machined surface and subsurface morphology and damage.According to the relative motion trajectory of wear particles on the workpiece surface, a theoretical model of the trochoidal tra...     

陶瓷/复合材料装甲板防弹机理分析

分析了纺织复合材料和陶瓷的低速冲击性能,并以此为理论基础,剖析陶瓷/复合材料装甲板受弹头冲击时的防弹机理,并建立此过程的动态分析模型,讨论和预测复合装甲的损伤和破坏,为复合材料在复合装甲上的应用和防弹能力预测提供理论分析依据。     

断裂力学在直升机桨毂上的应用

 本文用实验方法,得出了计算弯曲载荷下含表面裂纹圆轴、圆筒的应力强度因子（K_I）的表达式,并按照裂纹面积扩展率公式,分析了直升机桨毂转轴轴颈的临界裂纹面积和剩余疲劳寿命。为了校核断裂力学分析的可靠性,模拟飞行状况进行了实际桨毂支臂转轴轴颈的疲劳试验。实验结果与计算结果相当符合。     

A plastic strain energy method exploration between machined surface integrity evolution and torsion fatigue behaviour of low alloy steel

To explore the evolution mechanism of multistage machining processes and torsional fatigue behaviour based on strain energy for the first time and provide process optimization of axis parts of low alloy steel for service performance, four multistage machining processes were applied to the 45CrNiMoVA steel, including the Rough Turning process (RT), RT+ the Finish Turning process (FRT), FRT+ the Grinding process (GFRT) and RT+ the Finish Turning process on dry cutting condition (FRT0). The result showed that the FRT process’s average low-cycle torsional fatigue life increased by 50% when it evolved from the RT process. The lower surface roughness of R_a 1.3 μm caused the total strain energy to increase by 163.8 Pa mm/mm instead of the unchanged strain energy density, and the crack feature evolved from some specific bulges to flat shear plane characteristics. When the GFRT process evolved from the FRT process, its average fatigue life increased by 1.45 times, compared with the RT process. Plastic strain amplitude decreased by 21%, and the strain energy density decreased by 4% due to more considerable compressive residual stress (?249 MPa). Plastic deformation layer depth had a consistent tendency with surface roughness. In this paper, surface integrity evolutions on cyclic characteristics and fatigue behaviour have also been explained. A fatigue life prediction model based on the energy method for machined surface integrity is proposed.