研究加工復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的加工

在廣泛的工作條件下金屬基復(fù)合材料(MMC)能提供高的強(qiáng)度重
量比、剛性和良好的抗破壞性，有潛力取代許多工程應(yīng)用中的傳統(tǒng)
材料。通常情況下，MMC的金屬基體材料是鋁合金、鈦合金、銅合
金和鎂合金，而增強(qiáng)材料是纖維、晶須和顆粒形式的碳化硅、氧化
鋁、碳化硼和石墨等。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料以及
傳統(tǒng)金屬材料間的一個(gè)最重要的區(qū)別是方向性的特性，顆粒增強(qiáng)復(fù)
合材料和傳統(tǒng)金屬材料是各向同性的，而纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通常是
各向異性的。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料具有更高的延展性和相對(duì)于纖維增
強(qiáng)復(fù)合材料的各向同性的性質(zhì)，使其更具吸引力。

  在過(guò)去，顆粒增強(qiáng)MMC的加工已經(jīng)得到了廣泛的試驗(yàn)研究
，而纖維增強(qiáng)MMC的加工研究是有限的。加工MMC會(huì)造成過(guò)度的刀具
磨損，并直接誘導(dǎo)在纖維或顆粒和基體接觸面中出現(xiàn)纖維拉出、顆
粒斷裂、分層和剝離等損壞現(xiàn)象。增強(qiáng)類(lèi)型、刀具的類(lèi)型和幾何形
狀以及加工參數(shù)都會(huì)影響這些復(fù)合材料的切削加工。盡管MMC的加
工通常是近凈成形，但后續(xù)的加工操作還是不可缺少的。

  在研究加工復(fù)合材料時(shí)所用的方法是不同的，大致可以分
為3類(lèi)，即：①試驗(yàn)性研究。側(cè)重于復(fù)合材料的宏觀／微觀切削加
工性能。②簡(jiǎn)單的建模。采用傳統(tǒng)的切削機(jī)制。③數(shù)值模擬。把復(fù)
合材料當(dāng)做宏觀的各向異性的材料或者致力于從微觀上模擬增強(qiáng)體
與基體間接觸面。宏觀建模通常忽略了復(fù)合材料在被切削時(shí)的許多
基本特征，并且通常不能很好地結(jié)合切削機(jī)制，而那些致力于微觀
效果的建模(包括有限元分析)．實(shí)施起來(lái)很復(fù)雜。應(yīng)結(jié)合宏觀與微
觀建模的優(yōu)點(diǎn)，制定出一個(gè)合理的方法來(lái)提高實(shí)際建模水平，不僅
能夠描述材料的切削進(jìn)程，還能在應(yīng)用中提供簡(jiǎn)單的分析解法。

顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的加工

  與加工顆粒增強(qiáng)MMC相關(guān)的研究大多集中在切削力、切削
溫度、刀具磨損、表面粗糙度和次表面損傷等方面。從關(guān)于加工MM
C的現(xiàn)有文獻(xiàn)中可以明顯看出增強(qiáng)體材料、增強(qiáng)類(lèi)型(顆粒或晶須)
、增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)、基體的性質(zhì)以及這些顆粒在基體中分布都是
影響這些復(fù)合材料切削加工性的因素。雖然立方氮化硼(CBN)、氧
化鋁、氮化硅、碳化鎢(WC)被用來(lái)作為切削刀具材料，但最常用的
刀具材料是多晶金剛石(PCD)。加工顆粒增強(qiáng)MMC時(shí)，切削速度、進(jìn)
給量和背吃刀量對(duì)刀具壽命和被加工金屬的表面粗糙度有著相似的
影響，但也注意到陶瓷增強(qiáng)顆粒會(huì)從基體中剝離，滾移到切削刀具
前面，從而通過(guò)已加工表面時(shí)壓劃出溝槽。

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