SiCp/Al复合材料二维切削条件下边缘变形及断裂特性的研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:zhaoxin1987212
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SiCp/Al复合材料脆性高韧性低,切削加工后常在工件边缘出现崩边、碎裂及剥落等棱边缺陷。棱边缺陷不但影响零件的几何形状完整性、密封效果及装配质量,而且边缘微裂纹极易导致SiCp/Al复合材料零件在服役过程中突然失效。所以棱边缺陷因难以控制、随机性大已经成为SiCp/Al复合材料的加工难题,严重制约了SiCp/Al复合材料在实际中的应用。本文结合有限元模拟和实验方法深入研究了二维切削条件下SiCp/Al复合材料的边缘变形、断裂特性及棱边缺陷的形成机理。根据有限元分析得出:棱边缺陷的形成过程分为剪切变形、临界转变、挠曲变形、形成裂纹、裂纹扩展、断裂分离六个阶段。通过研究刃前区的应力状态特性,获得了压应力向拉应力的转变规律。应用线弹性断裂力学有限元法计算了工件边缘材料的应力强度因子,定量的表征了工件边缘材料的断裂特性。建立了棱边缺陷形成的力学模型和数学模型。根据断口微观结构特征得出:裂纹的萌生扩展是棱边缺陷形成的主要原因,建立了三种裂纹扩展物理模型。统计分析了棱边缺陷体积与切削力的二次回归数学模型,获得了棱边缺陷体积随切削力的增加呈现非线性单调递增的特性。通过分析切削参数对棱边缺陷形成机理的影响得出:棱边缺陷的高度值和长度值随切削深度的增加而显著增大,随刀具前角的增加而减小,随切削速度的增加变化幅度很小。最后提出了棱边质量的控制方法:工艺参数优化法,变深度切削法,变应力切削法。
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