陶瓷基复合材料零部件的复杂曲面加工技术研究

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1、哈尔滨T稃大学硕+学位论文摘要陶瓷基复合材料由于其优良的物理力学性能在切削工具、汽车、航空航天及仪器仪表等诸多领域都有广泛的应用前景。但由于陶瓷材料具有高硬度、高脆性和低断裂韧性等特点，是典型的难加工材料。特别是陶瓷材料复杂曲面的加工是长期以来希望解决、而至今仍未解决好的难题。本文以航天领域广泛应用的陶瓷复合材料透波天线罩，发动机陶瓷关键部件等加工制造技术需求为背景，进行加工机理与工业生产工艺规范的研究。以获得一批达到工程应用的样件和一套陶瓷基复合材料零件加工制造的工艺规程。以压痕断裂力学理论为基础，从微观上分析了工件的裂纹产生、成核、生长直到剥落的整个陶瓷材料去除的过程。阐述了陶瓷基复

2、合材料的切削机理，为硬脆材料的机械加工技术提供了理论依据。采用数学分析计算软件MATLAB／SIMULINK，对刀具与工件间作用力及其与刀具振动频率的关系进行了可视化研究，可获得工件加工过程的切削仿真结果。论文针对陶瓷基复合材料复杂曲面零件的多轴数控超声波振动铣削加工技术进行了研究，主要对刀具转速、进给速度、分层厚度、刀具振动频率等参数作正交试验及其数据分析，得到了工艺参数的最优组合，初步形成了陶瓷基复合材料零件加工制造的工艺规程。加工出的整流罩等典型样件的尺寸、位置精度、表面质量均满足设计要求。关键词：Si02陶瓷基复合材料；正交试验；MATLAB；数控超声波振动加工；压痕断裂力学；S

3、IMULINKAbstractBecauseofCMC’Ssuperiorphysicalandmechanicalproperties,ithasextensivepromisingapplicationinmanyfields，suchascuttingtools，automobile，aerospaceandapparatus．Butceramicsisconsideredtobetypicalhard-to’machinematerialforitshighhardness，brittlenessandlowfracturetoughness．Especiallytheconto

4、urmachiningofceramicsisadifficultproblemwhichistobesolvedforalongtimevet．Theresearchpresentedinthisdissertationinvolvesstudiesonmachiningmechanismandtechnologiccriterionforindustrialproduction．basedonthemachiningtechnologyrequirementofthekeyceramicparts，ofwave’transparentradomemadeintheCeramicMat

5、rixCompositeandengineinthefieldofaerospace．FinallyagroupofsamplesachievingengineeringapplicationandasetoftechnologiccriterionwhichprovidedguidelinesformanufacturingtheCeramicMatrixCompositewereprovided．Theindentationfracturemechanicsceramicmaterialsandtoolsatthemicrotheory,theforcesituationbetwee

6、nlevelandtheanalysisofthewholeprocessofcrackgeneration，nucleation，andgrowthuntilpeelingoffwereconcluded．Thecuttingnatureofceramicmatrixcompositeswasexpounded，whichprovidedtheoreticalsupportformachininghighhardness，highbrittlenessmaterial．Thefeasibilityofceramicmatrixcompositessurfacecomplexmulti—

7、axisCNCmachiningofultrasonicvibrationswasvalidated．InordertostudyoptimallyonmachiningprocessofcomplexsurfaceofSi02ceramlcmatrixcompositeofSi02fibertoughening，thecuttingtoolrotationalspeed，thefeedrate，laminationthicknes