C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

加工工艺对C/ SiC 复合材料性能的影响

采用普通磨削和超声辅助磨削工艺对C/Si C复合材料进行加工,对不同加工工艺参数获得的C/Si C复合材料进行表面状态表征及力学性能的测试。结果显示在磨削深度0.05 mm,进给速度600 mm/h,转速1 600 r/min,超声频率14 k Hz的工艺参数匹配条件下,所得到的C/Si C复合材料的表面粗糙度最小,弯曲强度最大。表明超声辅助磨削加工工艺对材料力学性能损伤较小。     

Al2O3陶瓷蠕动进给超声磨削特性试验研究

在改装成的超声磨削机床上进行了陶瓷超声磨削与普通磨削的对比试验,以揭示蠕动进给超声磨削加工的磨削特性及其材料去除机理。结果表明:当超声振动方向与磨削进给方向相同时,超声振动所引起的抛磨作用非常显著,超声磨削的表面粗糙度比机械磨削的低;Al2O3陶瓷在一般条件下超声磨削的去除方式仍属于脆性断裂,以晶粒粉碎、穿晶断裂为主,但伴随有沿晶断裂、弹性划擦、塑性流动等现象。     

旋转超声振动端面磨削CFRP表面质量研究

以多向层铺树脂基碳纤维增强复合材料为研究对象,采用超声振动磨削和普通磨削对其表面加工质量进行了端面磨削试验研究.通过正交试验和单因素试验分析了各工艺参数对工件表面质量的影响规律,并由表面粗糙度及微观形貌进一步分析了磨削机理.试验结果表明:在超声磨削过程中提高主轴转速、减小进给速度,同时采用合适的切削深度和工具粒度,有助于获得高质量的加工表面;超声振动磨削和普通磨削后,工件表面均存在纤维丝断裂、剥离和凹坑等缺陷,超声振动磨削后的加工缺陷出现的程度和概率均较低,表面加工质量较好.     

C/SiC复合材料AUAG加工机理及实验研究

对C/SiC复合材料沿纤维分布方向超声磨削加工AUAG展开研究,对超声加工C/Si C复合材料的表面微观结构以及机械性能进行了评估,对表面质量随加工参数的变化而变化展开了研究。结果表明通过AUAG超声磨削加工参数的优化设计,可以得到较好的表面质量。     

陶瓷基复合材料超声辅助加工技术

陶瓷基复合材料具有优良的力学性能以及突出的耐高温、轻质等特性,在航空航天等领域具有广阔的应用前景.但由于高硬脆性特点,陶瓷基复合材料加工难度较大.诸多研究表明,超声辅助加工技术是一种相对合适的加工方法,与普通机械加工相比可有效降低切削力、改善加工质量等.对发展较为成熟的Cf/SiC、SiCf/SiC两种陶瓷基复合材料的超声辅助钻削/磨削加工技术研究进展进行了介绍,分析了其中存在的问题,并提出了相应的对策.     

进给速度对MI工艺制备SiCf/SiC复合材料加工损伤的影响

采用超声辅助磨削对MI工艺制备的SiC_f/SiC复合材料表面进行磨削加工，研究了进给速度对复合材料性能的影响。结果表明：采用超声辅助磨削加工SiC_f/SiC复合材料表面时，加工区域出现纤维脱粘、断裂、破碎及基体裂纹和脱落现象，且纤维与基体界面会有裂纹产生。当进给速度提高时，复合材料表面损伤加重，导致其比例极限强度和最大载荷降低。进给速度由400 mm/min提高至1 000 mm/min时，SiC_f/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别降低4.7%和20.6%。     

SiC工件ELID磨削性能

通过ELID(在线修整砂轮)磨削方法对SiC进行磨削试验,从材料去除机理、砂轮粒度的选择、切削深度等方面探讨了SiC ELID磨削参数的选择.实验表明:砂轮粒度、切削深度对加工质量影响较大,在磨削效率和加工工件的表面质量等因素的综合分析基础上,找到优化的工艺参数,使效率和精度达到最高.在本试验条件下,用粒度为W3.5的金刚石砂轮磨削20 min,表面粗糙度可达到0.023μm.     

Al2O3陶瓷蠕动进给超声磨削加工表面质量的试验研究

为探索利用简单形状砂轮对陶瓷材料进行数控展成型面超声磨削,通过对Al2O3陶瓷进行蠕动进给超声磨削和机械磨削对比试验研究,探索各加工参数对磨削表面质量的影响规律.结果表明:超声振动方向与蠕动进给方向平行时可降低表面粗糙度值,而超声振动方向与蠕动进给方向垂直时则不利于改善加工表面质量;在超声磨削条件下,为了提高加工表面质量,应采取较小的磨削深度、较低的进给速度和适当高的磨削速度以及复合进给磨削方式.结合试验结果理论分析了蠕动进给超声磨削和蠕动进给机械磨削加工机理,并根据试验结果选择磨削参数进行了陶瓷叶片型面超声磨削的可行性试验.     

高体积比铝基SiC复合材料的铣磨试验研究

为了改善高体积比铝基SiC复合材料的可加工性,提高加工效率,本文对高体积比铝基SiC复合材料进行了平面铣磨加工试验研究.试验结果表明,高体积比铝基SiC复合材料在铣磨加工中主要表现为脆性材料的特性,电镀金刚石砂轮在磨削过程中不会出现磨屑粘附现象.SiC颗粒的破损程度是影响表面粗糙度的主要因素,并且在相同磨削参数和条件的情况下随着颗粒的破损程度、砂轮粒度的增大和进给速度vf的降低,磨削表面的粗糙度值会逐渐减小.在给定其他试验参数的情况下,120#的φ8mm电镀砂轮适合进行粗磨,并且磨削的材料去除率能够达到2400mm3/min,同时进给抗力Fz小于25N,磨宽抗力Fx和磨深抗力Fy小于15N.使用230#的φ8mm电镀砂轮进行精磨能够保证表面形成率达到6400mm2/min,并使表面粗糙度优于Ra0.4μm.