C/SiC复合材料超声扭转振动辅助铣削研究
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC复合材料)因其具有耐高温、耐磨损、高比模、抗腐蚀及质量小等优良性能,广泛应用于航空航天工业、汽车工业、国防工业等高科技领域.而其高强度、高硬度及各向异性等加工难点,使得传统切削工艺难以实现高效、高质量切削加工.针对这些问题本文提出应用超声扭转振动加工技术切削C/SiC复合材料,进行了超声扭转振动铣削C/SiC复合材料的试验研究,通过对切削力,加工表面质量,刀具磨损状况及表面粗糙的检测,得出了超声振动铣削与传统铣削相比可有效降低加工过程中的切削力,提高加工表面质量,为C/SiC复合材料的精密高效加工提供新的方向.基于传统铣削刀具轨迹建立了超声扭转振动铣削的运动学表达式,分析了超声扭转振动铣削的运动学特点.通过有限元仿真分析得出超声振动铣削C/SiC复合材料的三向切削力要明显小于传统铣削.建立了超声扭转振动铣削与传统铣削试验,分析了两种加工方式切削力的本质区别,讨论了切削要素(主轴转速、进给速度、切削深度)在有无超声振动作用下对铣削C/SiC复合材料切削力的影响.研究表明,施加超声扭转振动后三向切削力较传统铣削明显降低,其中切削力均随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大而变大,随切削深度的增加而变大.通过对两种加工方法下铣削C/SiC复合材料表面质量的分析,表明了超声扭转振动铣削可有效抑制加工表面毛刺、崩边等加工缺陷,加工表面质量大大优于传统铣削.研究了超声扭转振动对刀具磨损的影响,得出在超声扭转振动作用下刀具的磨损程度较传统铣削可得到有效改善.通过单因素及曲面响应试验研究超声扭转振动铣削C/SiC复合材料的表面粗糙度,建立了超声扭转振动铣削下表面粗糙度预测模型,研究表明,超声扭转振动铣削可降低加工表面粗糙度,经Box-Behnken响应曲面试验分析得到各切削要素对表面粗糙度影响重要程度依次为:切削深度>主轴转速>进给速度.
- 作者：
- 姜庆杰
- 学位授予单位：
- 沈阳航空航天大学
- 专业名称：
- 机械制造及其自动化
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 王明海
- 中图分类号：
- TG54；TB332
- 关键词：
- C/SiC复合材料；超声扭转振动铣削；切削力；加工缺陷；表面粗糙度
- C/SiC composites； ultrasonic torsional vibration milling； cutting force； processingdefect； surface roughness