运用ABAQUS/Explicit对颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)进行0.5mm微孔钻削有限元仿真,通过研究网格尺寸和质量放大系数对钻削力结果的影响,优化微孔钻削仿真的参数,模拟主轴转速和进给速度对钻削力的变化规律、钻屑的形成及其形貌的作用规律。基于仿真结果设置主轴转速和进给速度,进行SiCp/Al复合材料微孔钻削试验。结果表明选取合适的单元尺寸和质量放大系数可明显提高仿真精度;低主轴转速、大切削厚度会产生较大的碎片状钻屑,使排屑困难;仿真时采用材料均质化模型会带来一定的误差。

SiCp/al复合材料两相性能差异大,研磨缺陷多,通过表面微弧氧化,生成硬脆的陶瓷氧化膜,建立两相延性耦合去除的研磨条件,故基于ABAQUS有限元仿真软件,建立单磨粒研磨SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的三维模型并进行仿真实验,得到了陶瓷膜在材料去除过程中的表面应力变化规律,通过改变研磨加工工艺参数,得到不同工艺参数与切削力的关系,仿真结果表明当其他条件一定时,研磨速度越快,磨粒切削力越小;研磨压力越大,磨粒切削力越大;磨粒越大,磨粒切削力越大。

应用超声C扫描系统对SiCp／Al复合材料进行无损检测，提供了一种能够直观显示复合材料内部缺陷截面图的检测方法。可以根据所得到的图形确定材料中缺陷的尺寸和形状，并根据缺陷形状和分布判定缺陷的性质。

为了研究在超声振动辅助研抛过程中,不同工艺参数对SiCp/Al复合材料的影响,采用ABAQUS仿真软件,建立了单磨粒研抛有限元模型,通过单因素实验法对不同工艺参数下,超声振动辅助研抛SiCp/Al复合材料的表面和亚表面损伤进行分析。结果显示,在SiCp/Al复合材料振动辅助研抛过程中,界面损伤和亚表面损伤是影响SiCp/Al表面质量和亚表面损伤的主要因素,随着研抛速度和研抛深度的增大而增大,但是研抛速度过低不利于亚表面损伤的控制;振动频率越大,材料去除率越高,同时能够抑制亚表面损伤;较高的横向振幅能够降低表面粗糙度,抑制亚表面损伤,较高的纵向振幅使工件表面粗糙度增大,但是工件界面层损伤得到有效抑制。

SiCp/Al复合材料非匀质性微观结构使其摩损机制较传统匀质材料更为复杂,不同工况及热处理工艺下复合材料的摩擦学性能也存在差异。以SiCp/2024Al复合材料为研究对象,进行球-面接触干滑动摩擦磨损实验,探究它在不同热处理状态及滑动速率下的摩擦磨损性能及磨损机制。结果表明热处理对复合材料力学性能和摩擦学性能有显著影响,固溶%pLUS%人工时效态复合材料具有更高的强度、硬度及耐磨性;滑动速度影响复合材料的表面接触性质及磨损程度,摩擦因数和磨损量随滑动速度提高逐渐增大;随滑动速度增加,复合材料主要磨损机制由剥层磨损向磨粒磨损转变,而磨损机制的转变明显加快了复合材料的磨损,在实际应用中应尽量避免此现象发生。

SiCp/Al复合材料具有优异的性能,在航天航空、光学行业、汽车工业等高科技领域得到了广泛应用,但它在塑性和硬度之间差距巨大,使得超精密加工显得非常困难。建立超声铣削动力学模型,采用单因素法检测分析了SiCp/Al复合材料在不同主轴转速、铣削速度和铣削深度下的表面粗糙度与表面形貌,建模仿真了纵扭复合超声振动刀刃铣削轨迹,得到了影响加工表面质量规律及机制。研究发现主轴转速为3000 r/min、铣削速度为180 m/min时,表面粗糙度值最小;材料表面质量随铣削深度的增加而下降。为SiCp/Al复合材料铣削加工提供了合理工艺参数,提高了加工效率,降低了刀具磨损,延长了刀具使用寿命。

为研究当每齿进给量小于刀具刃口半径时,每齿进给量对微铣削力变化规律及已加工表面形貌的影响,使用两刃平底硬质合金微铣刀对体积分数为30%的铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)进行了微铣削试验。研究表明当每齿进给量小于刃口半径时,总铣削力随着每齿进给量的增大呈现先增大后减小再增大的趋势;已加工表面存在基体涂抹、微裂纹、颗粒破碎、浅凹坑、孔洞和划痕等表面缺陷,并随着每齿进给量呈现出一定的规律。

运用有限元软件Abaqus对Si Cp/Al复合材料的锻造过程进行三维热力耦合模拟,分析了不同变形温度下,Si Cp/Al复合材料锻造过程的应力应变场、温度场、损伤场的演变规律,强调了锻造过程中鼓形区裂纹的出现。研究结果表明,变形温度对应力场、损伤场有显著影响,当变形温度为300℃和400℃时,锻件鼓形区不出现裂纹,温度增加到500℃时,鼓形区出现裂纹。

研究了PCD刀具高速铣削铝基复合材料时刀具几何参数对切削温度的影响。利用A baqus软件,对PCD刀具高速铣削SiCp/Al复合材料薄壁件进行仿真模拟。刀具回转直径为10 mm,切削线速度为300 m/min,改变刀具的前角和后角仿真出铣削时刀具和工件的温度场。通过对比数据,得出刀具角度变化对切削温度的影响规律,从而为实际加工时刀具几何参数的选择提供依据。