【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到复合材料加工，尤其涉及一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法。
技术介绍
1、陶瓷基复合材料具有轻质、强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、损伤容限高等优异的综合性能。作为极具应用前景的耐高温材料，陶瓷基复合材料在航空航天领域得到了众多应用。陶瓷基复合材料在材料制备过程中零件尺寸会发生变化，且表面质量较差。因此在零部件制备成形后需要进行加工，目的是获得高精度和高质量的装配表面，并通过修整现状来改善外观。要获得大面积、大余量材料去除和高精度高质量的表面，铣削加工是必不可少的。
2、与大多数单相材料比，陶瓷基复合材料由不同性质的组成相构成。高硬度基体、各向异性纤维增强相和弱界面相之间的协同作用有利于提高材料的使用性能，但同时大幅降低了材料的可加工性。chen等人(transformation of fracture mechanism and damagebehavior of ceramic-matrix composites during nano-scratching)指出，根据纤维断裂机理的差异可将陶瓷基复合材料脆性域进一步细分为微观脆性断裂域和宏观脆性断裂域。切削加工过程中，在微观脆性断裂域切削去除材料，可获得高质量的已加工表面，在宏观脆性断裂域切削去除材料，纤维断口位置随机性导致的凹坑和纤维倾斜断口导致的微凹坑会大幅降低已加工表面质量。对于陶瓷基复合材料，切削加工造成的缺陷和损伤会永久存在于零件中，直接影响零件的热-力学性能、可靠性和服役寿命。造价高昂且服役环境极端恶劣的零部件需要可靠的
3、超声振动辅助加工技术广泛应用于硬脆材料的切削加工中，利用切削刃运动学特性变化引起的加工特性的改变，实现难加工材料可加工性的提升。作为一种典型的兼具硬脆材料和复合材料特性的材料，应用超声振动辅助加工技术提高陶瓷基复合材料的加工质量具有广阔前景。目前超声振动辅助加工技术已经在陶瓷基复合材料零件的平面、槽、孔、型腔等结构中都有尝试使用。
4、目前针对陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工，大多数研究集中于分析材料去除机理以及开展参数试验，然后进行参数优化，得到适宜于陶瓷基复合材料的超声振动辅助铣削参数。基于材料去除机理的基础研究可以发现，超声振动的振幅对材料去除具有重要影响。在陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削中设置适宜的超声振幅对获得高质量的已加工表面具有重要意义。
5、公开号为cn111755083a，公开日为2020年10月09日的中国专利文献公开了一种表征旋转超声铣削陶瓷基复合材料纤维断裂的解析方法，其特征在于包括以下步骤：
6、步骤1、定义“纤维顺向切削”和“纤维逆向切削”两种切削模式：首先将旋转的铣削过程简化为二维正交切削，保留铣刀的主切削刃、前刀面和后刀面，然后，以纤维铺层方向与刀具前刀面正交时的纤维切角为界，将纤维切角范围划分为顺向和逆向两个部分；
7、步骤2、建立复合材料单根纤维切削挠曲线模型：首先，取单根纤维作为力学分析的单元，将其等效为弹性圆柱梁结构，剩余的纤维基体视为均质材料，然后，在纤维上取微元进行应力分析，根据应力平衡方程求得纤维挠度微分方程，最后，带入纤维形变的边界条件，求得纤维受切削力下的挠度方程；
8、步骤3、构建纤维顺向旋转超声铣削纤维增强陶瓷基复合材料单根纤维应力模型：在纤维顺向切削过程中，刀具的轴向超声振动改变了切削刃与纤维的受力方向，进而改变了纤维受应力情况，首先，根据纤维挠度曲线方程求出纤维各点的受均质材料反作用力，并对反作用力进行积分求和得到刀尖对纤维的挤压应力，然后，根据库伦摩擦定律和旋转超声铣削运动方程，求解出超声铣削摩擦力，最后根据赫兹接触理论，计算出挤压力和摩擦力作用下的纤维刀具接触应力；
9、步骤4、构建纤维逆向旋转超声铣削纤维增强陶瓷基复合材料单根纤维应力模型：在纤维逆向切削过程中，刀具前刀面对纤维进行挤压，刀具超声振动改变了纤维挠度模型的形变边界条件，首先，根据旋转超声铣削运动方程，求解出纤维挠度微分方程的边界条件，进而求得挠曲方程，然后计算出纤维所受的最大剪切力和最大弯矩；
10、步骤5、表征旋转超声铣削纤维增强陶瓷基复合材料纤维断裂机理：按照步骤3、步骤4所建立的纤维应力模型，分别进行纤维弯曲强度、剪切强度的校核，当某一应力值超出其强度值，则纤维发生断裂，相对应地判别纤维断裂模式，并计算出断裂时界面脱粘长度损伤。
11、该专利文献公开的表征旋转超声铣削陶瓷基复合材料纤维断裂的解析方法，解析了铣削过程中复合材料纤维受力断裂过程，阐明了超声振动对纤维去除的作用机理。但是，由于仅划分为纤维顺向切削和纤维逆向切削两个区间，不能得到适宜的振幅数值，因而不能有效降低陶瓷基复合材料的已加工表面粗糙度。
技术实现思路
1、本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，本专利技术将计算得到的全纤维取向角微观-宏观脆性断裂转变临界切深的最小值作为陶瓷基复合材料超声振动辅助面铣的振幅数值，并用于陶瓷基复合材料超声振动辅助加工，极大的降低了陶瓷基复合材料的已加工表面粗糙度。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、a、根据纤维在宏观脆性断裂域的断裂方式，将纤维取向角划分为0°≤θ＜γn、γn≤θ＜90°+γn和90°+γn≤θ＜180°三个区间，其中θ为纤维取向角，γn为刀具前角；
5、b、对三个纤维取向角区间提出微观-宏观脆性断裂转变临界判据；
6、c、分别对三个纤维取向角区间选择对应的临界切深模型计算临界切深；
7、d、根据计算得到的0°-180°全纤维取向角的临界切深，选择最小值作为陶瓷基复合材料超声振动辅助面铣的振幅数值。
8、所述步骤b中，微观-宏观脆性断裂转变临界判据包括临界判据一、临界判据二和临界判据三。
9、所述步骤b中，当纤维取向角为0°≤θ＜γn时，采用临界判据一：纤维在切削力驱动下与基体之间出现界面滑移，产生界面脱粘，纤维-基体界面处最大剪切应力达到界面剪切强度，表达式为：
10、τt，max＝τs，interphase 式1
11、其中，τt，max为纤维-基体界面处最大剪切应力，τs，interphase为界面剪切强度。
12、所述步骤b中，当纤维取向角为γn≤θ＜90°+γn时，采用临界判据二：切削时刀具刃口部位先与纤维接触，形成一个刃口钝圆和纤维的接触区，接触区局部高应力造成纤维断裂，基于最大拉应力准则，纤维-刃口接触区最大拉应力达到纤维抗拉强度，表达式为：
13、σt，max，c＝σt，fiber 式2
14、其中，σt，max，c为纤维-刃本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，微观-宏观脆性断裂转变临界判据包括临界判据一、临界判据二和临界判据三。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，当纤维取向角为0°≤θ＜γn时，采用临界判据一：纤维在切削力驱动下与基体之间出现界面滑移，产生界面脱粘，纤维一基体界面处最大剪切应力达到界面剪切强度，表达式为：
4.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，当纤维取向角为γn≤θ＜90°+γn时，采用临界判据二：切削时刀具刃口部位先与纤维接触，形成一个刃口钝圆和纤维的接触区，接触区局部高应力造成纤维断裂，基于最大拉应力准则，纤维-刃口接触区最大拉应力达到纤维抗拉强度，表达式为：
5.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，当纤维取向角为90°+γn≤θ＜1
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤c中，当纤维取向角区间为0°≤θ＜γn时，采用临界切深模型一；
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤c中，当纤维取向角区间为γn≤θ＜90°+γn时，采用临界切深模型二；
8.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤c中，当纤维取向角区间为90°+γn≤θ＜180°时，采用临界切深模型三；
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，微观-宏观脆性断裂转变临界判据包括临界判据一、临界判据二和临界判据三。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，当纤维取向角为0°≤θ＜γn时，采用临界判据一：纤维在切削力驱动下与基体之间出现界面滑移，产生界面脱粘，纤维一基体界面处最大剪切应力达到界面剪切强度，表达式为：
4.根据权利要求2所述的一种陶瓷基复合材料超声铣削振幅参数确定方法，其特征在于：所述步骤b中，当纤维取向角为γn≤θ＜90°+γn时，采用临界判据二：切削时刀具刃口部位先与纤维接触，形成一个刃口钝圆和纤维的接触区，接触区局部高应力造成纤维断裂，基于最大拉应力准则，纤维-刃口接触区最大...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，袁信满，周进，侯珺森，张也，胡智钦，石佳林，徐正德，杜晓文，唐丹，胡立，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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