2.5D-Cf/SiC复合材料超声椭圆振动辅助螺旋磨削运动学模型及材料去除机理研究

来源：机械工程学报杂志2025年第7期北京时间：

作者：周云光, 陈晗, 邹忌, 马文敏, 马廉洁, 李明, 尹国强, 巩亚东

单位：东北大学机械工程与自动化学院 沈阳 110819

摘要：将超声椭圆振动辅助加工方法与螺旋磨削工艺相结合并将其应用到2.5D-Cf/SiC复合材料制孔上，建立了超声椭圆振动辅助螺旋磨削运动学模型和最大未变形切屑厚度模型，分析了工艺参数(主轴转速、公转转速、螺距和超声振幅)对磨粒运动轨迹的影响规律，基于SPH (光滑粒子流体动力学)方法对单颗磨粒超声振动磨削不同纤维方向的复合材料进行仿真模拟，并开展了超声椭圆振动辅助螺旋磨削制孔试验，结合数值仿真和试验结果分析了超声椭圆振动辅助螺旋磨削材料去除机理，得出材料去除过程中主要发生基体脆性断裂、界面脱粘、纤维断裂、纤维拔出，纤维对裂纹扩展具有阻碍作用，亚表面损伤裂纹倾向于沿着基体-纤维界面扩展。增大主轴转速和超声振幅可减小未变形切屑厚度，增大螺距和公转转速可提升加工效率，本研究对碳纤维陶瓷基复合材料高效、低损伤螺旋磨削提供了一定的理论与实践参考。

关键词：超声振动磨削,螺旋磨削加工,去除机理,SPH磨削仿真；

基金资助：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(2023GFYD002)、辽宁省自然科学基金(2022-MS-122)、驻冀高校与石家庄市产学研合作项目(241790747A)和2023河北省硕士在读研究生创新能力培养(CXZZSS2023203)资助项目。