SiC_(f)/SiC复合材料激光烧蚀辅助铣削材料去除机理与加工表面质量评价

作     者：李晗 章程 陈杰 安庆龙 陈明 LI Han;ZHANG Cheng;CHEN Jie;AN Qinglong;CHEN Ming

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610091 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年第60卷第9期

页      面：206-217页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：航空发动机及燃气轮机基础科学中心资助项目(P2022-A-IV-002-001) 

主　　题：SiC_(f)/SiC复合材料 激光辅助铣削 材料去除机理 加工质量 

摘      要：现代航空部件对材料的耐高温性、高强度和轻量化提出了更高要求。SiC_(f)/SiC复合材料具有优异的综合性能,但其高脆性和各向异性使其高性能制造面临挑战。通过激光烧蚀预实验,掌握了Si C_(f)/Si C复合材料激光烧蚀产物的物相组成和烧蚀机理,探究了激光参数对烧蚀性质的影响规律。通过常规铣削和激光烧蚀辅助铣削的对比实验,分析了常规铣削、部分烧蚀-铣削和完全烧蚀-铣削三种不同加工策略的材料去除机理,探究了烧蚀层占比对加工表面质量的影响规律。研究表明:激光烧蚀产物主要由3C-SiC和非晶态SiO_(2)组成。常规铣削加工中,纤维发生宏观脆性断裂,已加工表面存在多处裂纹、凹坑等加工缺陷。部分烧蚀-铣削中,纤维断裂以微观脆性断裂为主,少部分位置发生了纤维拔出和宏观脆性断裂。完全烧蚀-铣削加工中,纤维发生了微观脆性断裂,基体发生鳞状破碎。激光烧蚀辅助铣削加工质量优于常规铣削,部分烧蚀-铣削和完全烧蚀-铣削的表面粗糙度基本相同。低烧蚀层占比和高烧蚀层占比下进行铣削加工切削力差距较小。低烧蚀层占比的铣削加工中,纤维以微观-宏观脆性断裂为主;高烧蚀层占比的铣削加工中,大部分纤维发生了微观脆性断裂。综上所述,部分烧蚀-铣削和低烧蚀层占比是较优的加工方案。