Cf/SiC复合材料激光辅助正交微切削技术研究

发布日期：2021-06-08

论文题名：Research on laser-assisted orthogonal micromachining technology of Cf/SiC composite
研究背景

  碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料 (Cf/SiC复合材料)被认为是继C/C复合材料之后发展的又一新型战略性材料，具有耐高温、抗氧化、抗疲劳蠕变和不出现难以恢复性损毁等优点，在航空航天、能源、交通等领域具有广泛的应用前景，是当之无愧的轻质热结构材料中的翘楚。然而Cf/SiC陶瓷由于特有的材料属性使其成为难加工材料，在进行切削加工时易产生毛刺、分层、撕裂和崩边等损伤，导致表面质量达不到工艺要求，甚至报废。至此，科研人员为寻找一种高精度、高质量加工Cf/SiC陶瓷的方法展开了大量试验研究。
内容简介

  本文以二维编织Cf/SiC为对象，利用激光和常规切削相结合，研制了一种用于加工Cf/SiC陶瓷的新型激光辅助切削正交试验系统。主要研究了激光辅助正交微切削(LAOM)与常规正交微切削(COM)输入变量对Cf/SiC陶瓷机械加工性能的影响。通过对工件表面粗糙度、表面微观形貌等加工特性的比较，分析了激光加工变量变化的过程效益。利用正交试验方法分析切削速度、切削深度、激光功率等因素对表面质量的影响。试验结果表明: LAOM所获得的表面质量优于COM，切削深度对表面粗糙度影响最显著，激光功率影响次之，切削速度对表面粗糙度影响最低。综合考虑表面质量要求，最优组合为:切削深度为20 μm，激光功率为20 w，切削速度为300 mm/s时，工件表面粗糙度最小，此时表面粗糙度Sa值为3.841 μm。微观形貌分析发现，激光辅助加工工件表面没有出现凹坑，纤维撕裂、拔出等缺陷，表面相对平整光滑。
图文导读

图1 Cf/SiC复合材料LAOM试验原理图

图2 二维编织Cf/SiC复合材料中碳纤维的编织结构

图3 Cf/SiC陶瓷纤维方向角θ=0°下COM与LAOM后表面形貌图(a. P=20w; c. P=0w)

图4 Cf/SiC陶瓷纤维方向角θ=90°下COM与COM后表面形貌图(a. P=20w; c. P=0w)

（撰稿：田继文   审核：翟昌太）