颗粒增强金属基复合材料切削加工棱边缺陷特征、形成机理及控制方法研究

颗粒增强金属基复合材料是复合材料中最具应用前景的典型材料，切削加工时产生的棱边缺陷是影响其加工质量，但又缺乏研究的重要问题。本项申请拟应用弹塑性力学、断裂力学、位错理论及热-力耦合有限元法，通过理论、实验和模拟仿真相结合的方法，对其切削棱边缺陷特征、形成机理及控制方法进行深入系统的研究。重点包括：颗粒增强金属基复合材料切削棱边缺陷的形貌、尺寸特征及与影响因素的关联规律，棱边缺陷特征分类及特征图谱；边缘变形、断裂特性及切削棱边缺陷形成机理；切削棱边缺陷形成的微观切削力学模型及热、力学条件；减小切削棱边缺陷的条件、控制方法及切削工艺参数和刀具几何参数选用策略；切削棱边缺陷对零件边缘破坏及性能的影响。本项研究对丰富和完善切削加工理论具有重要的意义，对促进颗粒增强金属基复合材料在精密、超精密及光学零件中的应用具有重要的实际应用价值。

SiCp/Al复合材料在高新技术领域具有广阔的应用发展前景，其切削变形和边缘质量有别于金属材料，切削过程产生的损伤甚至破坏，也是其独特而重要的问题，目前国内外尚缺乏相应研究。本课题采用弹塑性力学、断裂力学、位错理论及热-力耦合有限元法等为理论研究工具，从宏观和微观两个层次上重点研究了颗粒增强金属基复合材料切削加工棱边缺陷的形貌、尺寸特征。应用数值模拟和实验方法，对SiCp/Al复合材料在铣削、车铣、钻削加工条件下的切削变形、断裂、棱边缺陷，机理和影响因素进行深入系统的研究。同时，利用聚类分析法、灰色关联分析理论等对棱边缺陷进行分类、建立了形貌图谱，确定棱边缺陷形貌、尺寸特征与影响因素的关联性，提出棱边缺陷最小化的切削加工条件，进一步提出棱边缺陷的控制方法。本项研究对促进切削加工理论的完善和发展，推动SiCp/Al复合材料的应用及相关科学技术的发展，具有重要的理论和实际意义。