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作者：张明军;陈烁;王鑫波;杨江涛;刘河龙;吕耀威;李德辉;于明博;
单位：河南理工大学机械与动力工程学院;
摘要：高体积分数SiCp/Al复合材料具有高比强度、高比模数和良好的耐磨性等优异性能。然而，它们的高硬度和脆性会导致精密制造过程中应力分布更为复杂，这会使材料中产生过大的力和过多的热，从而影响加工精度和工件耐久极限寿命。目的 通过分析切削过程中颗粒的去除机理和表面缺陷类型，利用纵扭超声辅助铣削（longitudinal-torsional ultrasonic assisted milling,LTUAM）技术，改善高体积分数SiCp/Al复合材料的加工表面质量。方法利用ABAQUS和PYTHON软件，建立考虑颗粒断裂过程的两相随机分布颗粒SiCp/Al复合材料模型，并采用Johnson-Cook模型和Brittle Cracking模型对SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削过程进行有限元模拟仿真。针对不同加工参数，进行SiCp/Al复合材料纵扭超声辅助铣削和常规铣削（conventional milling,CM）试验，评估有限元仿真模拟与试验结果的一致性。结果 模拟结果表明，损伤和裂纹主要产生在SiC颗粒（SiCp）中上部的切削线上，凹坑缺陷主要产生在颗粒下部的切削线上。试验结果显示，表面缺陷的类型主要包括颗粒的损伤和拔出、颗粒的损伤和断裂形成凹坑、未损伤的颗粒形成凸起、破损颗粒与刀具在已加工表面上挤压摩擦形成犁沟、铝基体涂覆、表面微裂纹和表面空穴等，并且当加工速度120 m/min，超声振幅3μm时，最大裂纹深度最小，表面缺陷最小，表面质量最好。结论 对比有限元仿真结果与试验结果发现，二者的表面质量变化趋势基本具有一致性。纵扭超声辅助铣削技术的应用对提高SiCp/Al复合材料的表面质量有较好效果。
关键词：SiCp/Al复合材料;;有限元仿真;;超声加工;;表面质量;;硬脆材料
基金资助：国家自然科学基金资助项目（51675164）;; 河南理工大学自然科学基金资助项目（B2020-28）;; 河南省科技攻关项目（232102311185）
