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硕士学位论文 超声铣削SiCp/Al复合材料的机理研究，正文共83页，36129字
摘 要
碳化硅颗粒增强铝基复合材料复合材料（简称SiCp/Al复合材料）是一种新型复合材料，以其卓越的性能受到了世界各国的重视。但由于其内部具有较高硬度的增强相，使得其机械加工变得非常困难，现已成为阻碍其工业应用的瓶颈。为了解决SiCp/Al复合材料的难加工问题，本文将超声波振动加工引入普通铣削中，以期在保证优良表面质量的同时降低铣削温度，减少刀具磨损。
本文以研究超声波铣削加工工艺为目的，设计了铣削SiCp/Al复合材料超声波振动加工系统和半人工热电偶测温装置，并利用labview程序平台设计了测温程序；建立了超声振动切削温度场的传热模型和超声振动切削力的理论模型，并通过实验对理论模型进行了验证；利用自制的超声波铣削系统对加工过程中的切削温度的变化规律、切削力的变化规律状况进行了试验研究；最后通过工具显微镜，分析了SiCp的变形破坏方式、工件表面的微观结构和切削过程中的刀具磨损状态。
结果表明：在相同切削参数下，超声铣削SiCp/Al复合材料时的切削温度要比普通铣削时低20～30oC，切削力要低30～40N；在铣削SiCp/Al复合材料时，刀具磨损主要是前刀面的颗粒磨损和后刀面的挤压SiCp磨损；利用超声波振动铣削可以提高工件表面质量，降低刀具磨损。
关键词：碳化硅颗粒增强铝基复合材料；超声波铣削；切削温度；切削力；表面加工质量

目 录
1绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2SiCp/Al复合材料的发展及应用现状 2
1.3SiCp/Al复合材料的加工研究现状 3
1.3.1加工方法及刀具磨损的研究现状 4
1.3.2加工机理的研究现状 5
1.3.3加工表面质量的研究现状 6
1.4超声加工的研究现状 7
1.4.1超声加工的概况 7
1.4.2超声切削SiCp/Al复合材料的研究现状 8
1.5论文主要研究内容 9
2超声铣削机理分析和超声铣削装置设计 11
2.1超声铣削和普通铣削的机理分析 11
2.2超声铣削装置的研制 15
2.3超声波振动铣削系统的振动特性试验 17
2.4本章小结 20
3超声铣削SiCp/Al复合材料的温度研究 21
3.1超声振动切削温度场的理论计算 21
3.1.1超声振动切削温度场传热学模型 21
3.1.2温度场的解析 23
3.2测温系统的设计 26
3.2.1测温方法 26
3.2.2切削温度测试系统的组成 27
3.3超声铣削SiCp/Al复合材料的温度实验研究 28
3.3.1试验条件 28
3.3.2切削参数对切削温度的影响 30
3.3.4不同刀具对切削温度的影响 33
3.4本章小结 33
4超声振动铣削SiCp/Al复合材料的切削力研究 35
4.1超声铣削SiCp/Al复合材料的切削力模型 35
4.2试验装置和仪器 39
4.3试验结果分析 43
4.3.1铣削速度对铣削力的影响 43
4.3.2进给量对铣削力的影响 44
4.3.3铣削深度对铣削力的影响 45
4.3.4不同刀具对铣削力的影响 47
4.4本章小结 47
5超声振动铣削SiCp/Al复合材料的表面质量和刀具磨损研究 49
5.1超声振动切削SiCp/Al复合材料的表面质量研究 49
5.1.1实验条件和方法 49
5.1.2切削速度对表面粗糙度的影响 50
5.1.3超声波振动切削对工件表层微观结构的影响 51
5.2超声振动切削SiCp/Al复合材料的刀具磨损研究 53
5.2.1超声振动切削SiCp/Al复合材料的刀具磨损形态研究 53
5.2.2超声振动切削SiCp/Al复合材料的刀具磨损机理研究 56
5.3本章小结 58
6总结与展望 59
参考文献 61
附录 65
致谢 73