C/SiC复合材料激光超声复合微切削材料损伤机理与表面质量研究

作     者：李继成 陈广俊 许金凯 于化东 LI Jicheng;CHEN Guangjun;XU Jinkai;YU Huadong

作者机构：长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130022 长春理工大学机电工程学院长春130022 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130025 

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：189-205页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(U19A20103) 吉林省重大科技专项(20230301005GX)资助项目 

主　　题：C/SiC复合材料 激光超声复合微切削 损伤机理 表面质量 

摘      要：C/SiC复合材料具有高比强度、低密度、低热膨胀系数、耐磨损、耐高温等优异的机械与力学性能,广泛应用于航空航天、国防、电子等领域。但因其特殊的组织结构与材料特性,在加工中极易产生纤维拔出、剥落、微裂纹扩展、破碎等损伤或缺陷,直接导致加工难度大、刀具磨损快、加工精度低、表面质量差,严重制约了高端装备的性能。开展C/SiC复合材料激光超声复合微切削(L-UHM)材料损伤机理与表面质量研究,分析激光超声双能场作用下C/SiC复合材料的失效机制。基于正交切削模型建立常规加工(CM)、激光辅助加工(LAM)和L-UHM微观切削模型,揭示CM、LAM和L-UHM中三种典型纤维方向下纤维相与Si C基体相的去除机制,评价不同纤维方向下微观形貌和表面粗糙度。结果表明,激光超声复合微切削可显著降低纤维断裂能,抑制纤维弯曲,缩小Si C基体破碎面积,大幅提升加工表面质量。相比CM和LAM,L-UHM可明显抑制纤维开裂、基体破碎及基体裂纹扩展,纤维断口更加平整规则。此外,在L-UHM中顺纤维方向表面质量较LAM提高了10.1%,证明了理论分析的正确性。