单颗磨粒磨削仿真研究进展

概述了传统磨削仿真的基本方法及发展过程,总结了磨粒模型和工件模型的研究现状,具体分析了有限元法、光滑流体粒子动力学法、分子动力学法以及综合仿真方法等应用于单颗磨粒磨削材料的去除机理、成屑机理、工件表面质量以及磨粒磨损等仿真中的研究现状,最后阐述了各类仿真方法的局限性,并提出了单颗磨粒磨削仿真进一步的发展前景。     

单颗磨粒磨削实验及其数值模拟的研究进展

单颗磨粒磨削是研究复杂磨削机理的重要手段,本文从单颗磨粒磨削过程和磨粒形状的角度阐述了磨削基础理论;概述了国内外学者以实验研究单颗磨粒的材料去除、切削力行为;基于数值模拟,探讨了不同工艺参数对单颗磨粒磨削力、磨削温度、工件表面质量的影响规律。最后就这一方向的深入研究工作做了展望。     

基于不同磨粒的氮化硅陶瓷磨削特性研究

采用多颗磨粒磨削仿真和实验相结合的方式研究磨削过程的磨削力、磨削温度和已加表面形貌。对比分析了多颗磨粒和传统单颗磨粒磨削模型在磨削特性上的差异性,并对多颗磨粒磨削仿真模型进行了验证。结果表明：当磨削速度减小、磨削深度增大时,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削力均增大;当磨削速度和磨削深度增大,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削温度均增大;当进给速度增大时,单颗磨粒仿真的磨削力减小、磨削温度先减小后增大,多颗磨粒仿真和实验的磨削力增大、磨削温度减小;多颗磨粒磨削时的磨削力和磨削温度大于单颗磨粒磨削时的力和温度;多颗磨粒仿真后工件表面形貌与实际加工后表面形貌相符。基于多颗磨粒磨削工程陶瓷的有限元仿真模型相比于单颗磨粒模型可更好地模拟实际加工情况。     

SiCp/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_p/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_p/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_p/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_p/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_p/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。     

SiCp/Al复合材料切削仿真研究

文摘针对SiC_p/Al复合材料的难加工性,建立了二维有限元切削模型,利用ABAQUS完成复合材料正交切削的动态物理仿真。通过仿真与实验结果的比较,验证模型的准确性。同时,利用该切削模型分析颗粒分布形式、直径及刀尖圆弧半径对切削力的影响。结果表明,SiC颗粒的分布形式对切屑形态和切削力具有明显的影响,颗粒形成团簇不利于复合材料加工。切削力随颗粒直径的增大而减小,随刀尖圆弧半径的增大而增大。     

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。     

基于多颗磨粒随机分布的虚拟砂轮建模及磨削力预测

利用VHX-600E型超景深显微镜测量了金刚石砂轮表面的磨粒分布情况,计算得到了砂轮表面的磨粒密度、真实接触弧长以及砂轮总的磨粒数和有效磨粒数。基于磨粒间隔分布假设和虚拟格子方法在虚拟砂轮端面随机分布等磨粒密度的多颗正六面体磨粒,并随机分配磨粒的位姿以模拟砂轮的真实形貌。将1/4虚拟砂轮模型导入Deform-3D软件中,建立三维虚拟磨削仿真模型,采用Lagrangian Incremental算法获得多颗磨粒的仿真磨削力值,并建立了基于多颗磨粒磨削仿真的磨削力预测模型。通过金刚石砂轮端面磨削硬质合金刀片的实验,比较了实测磨削力与预测磨削力;仿真与实验结果具有一致性,证明了采用本方法建立的多颗磨粒虚拟磨削仿真模型可以用于磨削力预测,为多颗磨粒共同磨削的磨削力研究提供了新的思路。     

铣削加工参数对SiCp/Al复合材料表面粗糙度的影响

文摘SiC_p/Al复合材料在切削加工中存在严重的表面质量问题。本文设计单因素试验,采用硬质合金涂层刀具对SiC_p/Al复合材料进行铣削加工,研究了加工参数对表面粗糙度的影响。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大先增大后减小,随进给量、径向切深、轴向切深的增大而增大;使用较大的切削速度、较小的进给量和不大于4 mm的径向切深能获得较好的加工表面质量。     

颗粒增强钛基复合材料磨削试验与仿真研究

采用单层钎焊CBN砂轮开展了颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）磨削试验,对比研究了在磨削TC4钛合金和PTMCs时,磨削用量对磨削力与磨削温度的影响规律,利用有限元仿真研究了PTMCs材料去除演变过程。结果表明,磨削过程中PTMCs的磨削力较TC4增加了15%～30%,磨削温度提高了7%～11%,PTMCs比TC4钛合金更难加工;PTMCs材料去除过程为TC4基体材料的延性去除和Ti C增强颗粒的脆性去除,脆性去除形成了磨削表面孔洞缺陷;当磨削速度从120 m/s降到20 m/s时,磨削表面孔洞缺陷深度由0.8μm增至3.5μm,增加了约3.4倍;提高磨削速度可以降低增强颗粒脆性去除对PTMCs磨削表面孔洞缺陷的影响程度。     

原位自生TiB_2/Al复合材料磨削表面质量研究

原位自生TiB_2/Al复合材料具有密度小,比强度高,比模量大等特点,在航空航天领域具有广泛的应用前景。为探索原位自生TiB_2/Al复合材料的磨削加工性能,选用单晶刚玉SA砂轮、白刚玉WA砂轮和CBN砂轮在不同磨削参数下对TiB_2/Al复合材料进行磨削试验。首先研究了砂轮材质、转速、工件速度、磨削深度对工件表面粗糙度的影响规律;其次通过对工件表面形貌、磨屑形态、砂轮磨损的观测分析,探索了原位自生TiB_2/Al复合材料磨削表面成形机制;最后基于试验数据,给出了TiB_2/Al复合材料磨削工艺参数优选域。本研究可为颗粒增强金属基复合材料磨削加工提供基础理论支撑。     

SiCP/Al复合材料棱镜组件研磨工艺方法研究

通过对SiCp/Al复合材料棱镜组件研磨工艺试验及其结果分析,总结、优化了研磨工艺参数、研磨砂种类、粒度、研磨时间、研磨工艺过程等参数,研磨出的棱镜组件符合其精度要求,为棱镜组件在平台上的安装精度提供了基础.     

SiCp/Al基复合材料的切削加工研究现状

综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的切削加工研究进展情况,重点阐述了刀具材料的主要失效形式及影响刀具磨损的因素,并展望了该领域的发展前景。     

高体分SiCp/Al复合材料表面吸附氦气特性

针对高体分SiC_p/Al复合材料气密性问题,系统研究了镀覆、原材料方向性对表面氦气吸附性能影响规律。研究发现该材料经镀覆处理后,其表面氦气吸附合格率提高20%,且随着镀层厚度的增加合格率逐渐提高;不同的机械加工方式对表面氦气吸附合格率影响较小;原材料存在方向各异性,横向切削下料方式下氦气吸附合格率高达91%,纵向切削下料方式下合格率仅为68%。     

SiCp/Al复合材料加工损伤及刀具优选研究进展

SiC_p/Al复合材料中增强相SiC颗粒的存在降低了该材料的加工性能,使得其切削加工时产生一系列加工损伤。本文综述了SiC_p/Al复合材料的加工缺陷类型、缺陷形成机理、缺陷控制策略和切削刀具的磨损机理与优选策略,并对今后SiC_p/Al复合材料加工损伤研究进行了展望。     

使役条件下SiC_p/Al复合材料的建模拟实

基于有限元方法,通过Python语言开发了SiC_p/Al复合材料的参数化建模程序,利用ABAQUS图形用户界面(GUI)完成了建模过程的可视化,搭建了颗粒的大小、形状、体积含量和分布可控的快速建模拟实平台。利用此平台建立了SiC_p/Al复合材料基于微细观的代表性体积单元(RVE)有限元模型,并先后引入了颗粒的弹脆性断裂行为、基体的弹塑性断裂损伤行为和界面的拉伸-开裂行为,实现了SiC_p/Al复合材料的变形和断裂的全过程模拟。为研究使役条件下SiC_p/Al复合材料的构效关系,建立了颗粒体积含量为7%和14%的复合材料有限元模型,首先研究了拉伸过程中颗粒体积含量对复合材料变形和损伤行为的影响;然后将体积含量为7%的复合材料模拟压缩过程与拉伸过程进行对比,分析了在不同载荷条件下复合材料的变形和损伤机理。实践证明,所建立的SiC_p/Al复合材料参数化建模平台可用于颗粒增强金属基复合材料基于微细观的有限元建模,对复合材料强韧化机理分析和构效关系研究具有重要的价值。     

PCD刀具车削不同颗粒含量SiCp/Al复合材料试验研究

碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对刀具磨损和工件表面质量的影响,并对刀具磨损机理进行了研究。试验结果表明,车削微米级25%SiCp/Al材料时聚晶金刚石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具磨损更严重,且工件表面质量更差。随着进给量和背吃刀量的增大,工件表面粗糙度值增大,刀片前刀面磨损严重;随着切削速度的增大,工件表面粗糙度值减小,刀片前刀面磨损量增大。选取本文切削参数进行SiCp/Al复合材料的切削加工时,发现刀具磨粒磨损、微崩刃是PCD刀具后刀面磨损的主要成因,且刀具前刀面也会产生积屑瘤。研究结果可为SiCp/Al复合材料PCD车削工艺的优化提供理论基础。     

涂层刀具低温铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究

在加工过程中,相反的两相特性增加了 SiCp/Al复合材料加工难度,难以获得良好的表面质量.为了提高其切削性能,本文开展20vol％SiCp/Al复合材料铣削加工试验研究,比较常温和低温条件下TiAlN涂层和TiAlSiN涂层两种铣刀的切削性能.结果表明,在低温条件下,两种刀具的切削力增加,铣削后表面铝基体的开裂及剥落...     

高体积分数SiCp/Al复合材料高温压缩界面研究

采用无压浸渗制备出高体积分数SiCp/Al多功能复合材料。对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验。利用XRD和TEM观察了SiCp/Al复合材料的界面结构,分析了高温压缩对复合材料界面的影响,研究了复合材料的复合机理。结果表明:高温压缩后的SiCp/Al复合材料的界面过渡层连续且厚度均匀,过渡层宽度减小了一个数量级;复合材料SiCp/Al界面结合机制包括扩散、位向和反应结合机制,复合材料SiCp/Al界面的这些结合机制,导致了增强相与基体之间很强的界面结合;复合材料的断裂方式为颗粒断裂,SiC增强颗粒与Al基体结合良好。     

高速铣削SiC_p/Al复合材料PCD刀具磨损研究

通过3种不同几何结构的PCD刀具高速铣削65%体积分数的Si C_p/Al(Al/Si C/65p)复合材料的对比试验,建立了磨损曲线,并对PCD刀具的磨损形貌、磨损类型及原因进行了研究和分析。研究结果表明,刀片之间留有间隙能有效减少磨损,提高刀具使用寿命,小螺旋角的存在会加速磨损;PCD刀具主要磨损形式是机械磨损(磨粒磨损)。     

超声振动磨削C/SiC复合材料的试验研究

采用电镀金刚石砂轮对CVI+PIP综合工艺制备的2.5D正交编织C/SiC陶瓷基复合材料进行了轴向超声振动平面磨削加工试验.通过对超声振动磨削与普通磨削的磨削力、磨削表面三维形貌及粗糙度的分析与测量,对C/SiC复合材料的加工工艺进行了研究.结果表明,磨削过程中材料去除方式以脆性去除为主,碳纤维损伤形式以纤维拉断、剥离...