机械工程学报

作者：周云光, 逯一泽, 邹忌, 刘记, 马廉洁, 李明, 巩亚东

单位：东北大学机械工程与自动化学院 沈阳 110819

关键词：螺旋铣削,材料去除机理,制孔表面质量,SPH仿真,2.5D-Cf/SiC；

基金：国家自然科学基金(52475433, 51975113, 52305453)、河北省自然科学基金(E2022501004)、中央高校基本科研业务费专项资金(2023GFYD002)、辽宁省自然科学基金(2022-MS-122)和驻冀高校与石家庄市产学研合作(241790747A)资助项目。

纤维增强陶瓷基复合材料具有出色的强度、刚度、耐腐蚀性、耐高温性和低密度等特性，能在多种恶劣环境下保持稳定的性能，螺旋铣削工艺孔加工还面临着去除机理不清、制孔质量差等问题。为了探究2.5D-Cf/SiC复合材料螺旋铣孔时的去除机理、损伤机理及表面质量影响规律，首先通过光滑粒子流体动力学(SPH)仿真模拟和螺旋铣孔试验分析了切削刃和2.5D-Cf/SiC复合材料纤维呈不同角度时的去除机理；然后通过试验揭示了2.5D-Cf/SiC复合材料制孔出入口损伤机理；最后通过单因素试验分析了螺旋铣削工艺参数对孔壁表面质量的影响规律。结果表明：2.5D-Cf/SiC复合材料在螺旋铣削过程中，碳化硅基体主要发生脆性破碎且有裂纹产生，以碎屑方式去除；0°方向纤维存在纤维断裂、纤维磨损、纤维拔除损伤，45°方向纤维产生纤维断裂和纤维露头现象，90°方向纤维有纤维断裂、纤维拔除现象产生，135°方向纤维存在纤维拔除、纤维断裂和露头现象，针刺方向纤维与0°方向纤维损伤类似；界面相区域产生界面脱粘失效；孔出入口损伤以毛刺和崩边损伤为主；表面质量随着主轴转速的提高而改善，随着螺距和公转转速的增加而变差。当主轴转速由1 000 r/min提高到4 000 r/min后，孔壁表面粗糙度降低了23.76%，当螺距从0.1 mm增加到0.4 mm时，孔壁表面粗糙度提高了38.69%，当公转转速从5 r/min增加到20 r/min时，孔壁表面粗糙度增加了8.1%。本研究为螺旋铣削2.5D-Cf/SiC复合材料高质量制孔加工提供了重要参考。

来源：2025年第17期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第17期