文档介绍：博士学位论文
SiCp/Al 复合材料高速铣削表面质量及刀具
磨损研究
RESEARCH ON SURFACE QUALITY AND TOOL
WEAR IN HIGH-SPEED MILLING OF SiCp/Al
COMPOSITES
王阳俊
哈尔滨工业大学
2012 年 1 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学博士学位论文
SiCp/Al 复合材料高速铣削表面质量及刀具
磨损研究
博士研究生:王阳俊
导师:周明教授
申请学位:工学博士
学科:机械制造及其自动化
所在单位:机电工程学院
答辩日期:2011 年 12 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
RESEARCH ON SURFACE QUALITY AND TOOL
WEAR IN HIGH-SPEED MILLING OF SiCp/Al
COMPOSITES
Candidate: Wang Yangjun
Supervisor: Prof. Zhou Ming
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Mechanical Manufacturing and
Automation
Affiliation: School of Mechatronics Engineering
Date of Defence: December, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
SiCp/Al 复合材料由于具有高比刚度和高比强度的优点,在航空航天及汽车
领域应用广泛。作为加工该类材料的主要手段--切削加工方法存在刀具磨损严
重及加工表面质量差的问题,严重影响了该材料的实际应用。由于涉及到高新
技术等敏感领域,国内外极少文献涉及中高体积含量的 SiCp/Al 复合材料切削
加工技术的研究。因此针对 SiCp/Al 复合材料切削加工在中存在的问题,对该
材料的高速铣削技术展开相应的研究,对推动 SiCp/Al 复合材料的进一步应用
具有十分重要的意义。
刀具磨损是该类材料加工的瓶颈问题,也是实现该类材料高速铣削加工的
基础。本文通过 SiCp/Al 复合材料高速铣削刀具磨损实验,研究了不同种类刀
具的磨损形态及磨损机理,并以此为基础确定了刀具磨损的评价标准,进而依
据切削参数对刀具磨损的影响规律,选择 PCD 刀具进行 SiCp/Al 复合材料高速
铣削加工实验,最后通过建立 SiCp/Al 复合材料高速铣削过程中 PCD 刀具的破
损机理模型,给出了临界破损切削速度的概念,为 SiCp/Al 复合材料高速铣削
过程切削速度选择提供了依据。
加工表面缺陷严重影响加工表面质量,研究 SiCp/Al 复合材料高速切削加
工表面缺陷类型及形成机理是提高加工表面质量的关键。本文通过建立 SiCp/Al
复合材料切削过程的两相混合模型,揭示了加工表面缺陷的形成机理,并指出
界面破坏和颗粒的脱落、耕犁等行为是形成加工表面缺陷的原因,而后通过切
削实验与检测确定了已加工表面存在小凹坑、大孔洞、犁沟及颗粒凸起等缺陷
类型与几何特征。最后针对加工表面缺陷的几何特征,通过基于提升小波理论
的缺陷识别算法对加工表面大孔洞缺陷进行了识别与重构,为进一步研究加工
切削参数对加工表面缺陷的影响规律奠定了基础。
SiCp/Al 复合材料高速铣削加工表面存在周期性的刀具进给痕迹与随机的
加工表面缺陷,采用合理的表面形貌表征方法与表征参数才能客观地评价该加
工表面质量。本文从二维粗糙度参数 Ra 数值不稳定的现象出发,通过分析二维
粗糙度表征方法的适用性,指出在进给量较小情况下,加工表面缺陷是影响加
工表面粗糙度的主要原因,而后通过角功率谱方法证实加工表面纹理趋于各向
同性。在此基础上,对三维表面粗糙度的评定基准面及表征参数进行了研究,
结果表明:采用最小二乘基准平面可以客