SiCp/Al复合材料磨削温度场的研究

作     者：张春阳 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周丽

授予年度：2012年

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] 

主      题：SiCp/Al复合材料 磨削温度场 有限元分析 移动热源 

摘      要：碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料由于具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子封装等领域。但由于其自身的特点存在加工困难或很难得到很好的表面质量等问题，限制了该材料的应用。磨削加工是制造领域特别是精密加工领域中一种重要的加工方法，但磨削过程中极高的能量输入几乎全部转化为热量集中在磨削区，此温度超过一定的临界值就会引起工件表面热损伤，影响零件的使用寿命及性能。因此，SiCp/Al复合材料磨削过程中温度场的研究对实现该材料高表面完整性的磨削具有重要的理论意义和实际价值。本文采用理论计算、实验测量和有限元仿真等手段，对SiCp/Al复合材料磨削过程中的温度场进行了系统研究，其主要内容如下： 探讨了传热机理、热源分布模型以及三种热量分配比例模型等理论，确定采用三角形移动热源和W. B. Rowe的热量分配比例模型对热流密度进行计算。 建立了SiCp/Al复合材料微观有限元模型，模拟液氮冷冻过程中颗粒以及基体间的内应力及残余应力。结果表明：冷冻过程中Al合金基体内产生拉应力，相应的增强相内产生压应力;而恢复室温后Al合金基体受残余压应力的作用，SiC颗粒受到残余拉应力的作用。 采用热电偶测温法对不同磨削参数下的磨削温度进行测量，分析实验结果得出了切向磨削力以及工件表面的磨削温度均随磨削深度和工件速度的提高而增大。通过不同位置阶梯孔中的热电偶测量出工件深度方向的温度分布以及整个磨削过程中积累的磨削热。 运用ANSYS软件模拟出与磨削实验相对应的不同磨削参数下工件的温度场分布情况，并对仿真结果进行了实验验证，对比结果表明有限元仿真值与实验测量值吻合较好。