超声振动铣削陶瓷基复合材料切削力模拟研究.pdf

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1、机械设计与制造第l1期50MachineryDesign&Manufacture2014年11月超声振动铣削陶瓷基复合材料切削力模拟研究王明海，姜庆杰，徐颖翔(沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁沈阳110136)摘要：针对陶瓷基复合材料在加工过程中易出现毛刺、分层、崩边等加工问题，提出超声振动切削方法加工陶瓷基复合材料并进行了铣削过程的有限元模拟分析。给出了主轴转速、进给速度对铣削过程中各向切削力的影响，对比分析了超声振动铣削加工与普通铣削加工的切削力波形曲线。结果表明，两种加工方法各

2、向切削力均随主轴转速的增大而减小，进给速度的增大而增大，但当主轴转速达到4000r／min时，超声作用消失，超声振动切削力与普通铣削切削力相当；同时，超声振动铣削加工条件下各向切削力峰值都明显低于普通铣削切削力，平均切削力更是有大幅度降低，超声振动切削方法更适合加工陶瓷基复合材料。关键词：陶瓷基复合材料；有限元分析；超声振动~ju-r；切削力中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)11-0050—04FiniteElementAnalysisofUltrasonicVibra

3、tionMillingCuttingForceoftheCeramicMatrixCompositesWANGMing-hai，JIANGQing-jie，XUYing-xiang(KeyLaboratoryofFundamentMScienceforNationalDefenseofAeronauticalDigitalManufacturingProcess，ShenyangAerospaceUniversity，LiaoningShenyangl10136，China)Abstract：Inviewof

4、theproblemsof~eroln~m(rcompositesthatbeingeasytoappearglitches．delamination。chippingandotherqudityproblemsdunngtheprocessofmachining，itputsforwardthemethodofultrasonicvibrationmillingceramwmatrixcompositesandfinheelementsimulationanalysisofmillingprocess．Th

5、eeffectsofspindlespeed，feedrateoncuttingforcescausedinthemachiningsimulationprocessaleg西enandcomparisonanalysisofecuttingforcewaveformsofultrasonicvibrationmillingwithordinarymillingbyfiniteelementan~#sissoftwareisputforward．Theresultsshowthatboththecutting

6、forcesofihetwomC~thodscanbedecreasedwiththehigherspindlespeedandlowerfeedrate，butwhenthespindlespeedreaches4000r／min，ultrasounddisappearesandthecuttingforcesofthetwomethodsarealmostthes~lne．Meanwhile，thecuttingforcepeaksofultrasonicvibrationmillingaresi~ant

7、lrlowerthantheordinarymiEing，theaveragecuttingforcesaregreatlyreduced，andthemethodofultrasonicvibrationcuttingislnoresuitableforprocessingceramicmatrixcomposites．KeyWords：CeramicMatrixComposites；FiniteElement；UltrasonicVibration；CuttingForce对切削力、材料去除率等影响，比较

8、普通加工方法，切削力降低1引言50％，材料去除率提高10％。陶瓷基复合材料因其具备优良的耐高温、抗氧化、耐腐化及振动切削是在加工过程中对刀具或工件施加有规律的振抗烧蚀等优良性能，在航空航天产业，医疗器械，汽车工业及能源动，使工件和刀具做间歇性接触，使切削力呈规律性变化，等领域的应用愈来愈广泛。然而由于陶瓷基复合材料的增强体与改善加工效果。因其具有加工质量好，表面精度高，加工过程平稳基体一般都为脆性材