SiCpAl复合材料超声振动复合切削加工技术研究

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1、航天返回与遥感第33卷第5期74SPACECRAFYRECOVERY&REMOTESENSING2012年10月SiCp／AI复合材料超声振动复合切削加工技术研究江希龙吕宠肖正航(北京空间机电研究所，北京100076)摘要SiCp／A1复合材料是具有优良物理、机械性能的难加工材料．常规切削加工存在加工精度及表面质量差的问题。为解决此类材料精密加工问题，采用超声振动复合切削加工方法．设计了专用的超声振动复合切削加工装置，并进行切削加工试验研究试验结果表明．超声振动切削加工可显著提高SiCp／A1复合材料加工精度及表面质量

2、关键词SiCp／M复合材料超声振动切削加工中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)05—074—08DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．2012．05．01lStudyonUltrasonicVibrationalCombinedCuttingofSiCp／AlCompositesJIANGXilongLVChongXIAOZhenghang(BeijingInstituteofSpaceMechanics＆Electricity，Beijing100076，Ch

3、ina)AbstractSiCp／A1compositeshasexcellentphysicalandmechanicalproperties，butisSOdificulttocut，thatcuttingitwithconventionalmethodscauseslowmachiningprecisionandsurfacequality．Inordertoimproveitsmachiningprecision，atechnologyofultrasonicvibrationalcombinedcutting

4、isstudiedandspecialdeviceofultrasonicvibrationalcombinedcuttingisdeveloped．Thecuttingtestsarecarriedout，andtheresultsshowthatultrasonicvibrationalcuttingcangreatlyimprovethemachiningprecisionandsurfacequalityofthiskindofmateria1．KeywordsSiCp／A1；composites；ultras

5、onicvibrational；cutting1引言航空航天飞行器的轻量化、高性能化发展要求材料具有低密度、高比强度、高比刚度、低膨胀、高热导率等优异的综合性能I，传统的轻质结构材料如铝合金和钛合金很难全面满足上述要求。例如．铝合金较低的刚度和较大的热膨胀系数．钛合金较大的密度和极差的导热系数等．这些材料部分性能的不足极大地限制了在应力载荷和温度交变载荷作用下关键零部件的选材近年来．SiC颗粒增强铝基复合材料引起了广泛的关注．SiC颗粒与铝合金的复合使颗粒增强铝基复合材料展现出优异的性能，如低密度、高的比强度和比刚度、

6、高弹性模量、耐磨性能好、高热导率和低热膨胀系数．在航空航天领域得到广泛关注13-51收稿日期：2012一O1—06基金项目：中国空间技术研究院GYGJ10160第5期江希龙等：SiCp／A1复合材料超声振动复合切削加工技术研究75SiCp／Al复合材料中的增强颗粒SiC硬度高(HV2800～3000)，高于常用的刀具硬度，属于典型的难加工材料目前．国内对该类铝基复合材料切削加工工艺的研究十分薄弱，现有的国内外文献仅对碳化硅含量在20％左右的复合材料加工工艺进行了研究。而对体积含量在40％～70％的高体积分数SiCp／A

7、1复合材料的精密加工工艺研究在国内还是个空白点．国外也未见详实的报道嘲。本文利用自行研制的超声振动复合切削加工设备．对55％体积分数SiCp／AI复合材料的精密切削加工工艺进行了研究2SiCp／AI复合材料加工特点SiCp／A1复合材料以颗粒状SiC为增强相．以铝及其合金为基体材料．其中的SiC颗粒增强体的硬度很高．高于常用的刀具硬度。加工时刀具后刀面磨损严重，切削力和摩擦力大，加工工艺性差，主要表现在以下几个方面：1)刀具磨损剧烈，加工成本高；2)在已加工表面上存在各种缺陷，难以获得高质量的加工表面：3)干式切削加工

8、中会产生积屑瘤．影响加工精度及表面质量：4)切削过程中脱落、破碎的硬质增强颗粒与切削液混合，对机床产生不良影响；5)磨削加工时其中的铝合金基体容易腻死砂轮：6)电火花加工等特种加工技术的应用范围有限．且加工效率低。目前．切削加工仍然是对颗粒增强金属基复合材料的主要加工方法：磨削加工应用于SiCp／A1复合材料加工的报导不多：电火花