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碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料具有很高的比强度、比刚度、弹性模量、耐磨性、良好的抗疲劳性能和较低的热膨胀系数等优良的物理性能,能够在高温、高压、高真空、强烈腐蚀及辐照等极端环境条件下保持良好的工作状态,在航空航天、军事、精密仪器、电子器件和汽车工业等领域得到了广泛应用。 本文将在线电解修整(ELID)精密磨削技术应用于高体积分数SiCp/Al复合材料的精密磨削加工,通过分析SiCp/Al复合材料的磨削特征,建立单颗粒磨削模型,根据磨削理论和合理假设推导出最大未变形切屑厚度经验公式,并采用Matlab软件编写计算程序,绘制出最大未变形切屑厚度随磨削深度,砂轮线速度以及工件移动速度三种磨削参数变化的四维切片图。通过压痕断裂力学模型分析了SiCp/Al复合材料磨削裂纹产生的条件、种类,裂纹的形成与发展,应力场分布等,研究了高体积分数SiCp/Al复合材料的塑性域磨削去除机理,并计算出产生中位/径向裂纹和横向裂纹的临界载荷以及临界磨削深度,通过计算最大未变形切屑厚度,并结合磨削特征和理论分析,进一步得到了实现高体积分数SiCp/Al复合材料塑性域磨削的试验参数范围。在实验研究方面,以现有ELID精密磨削实验条件为平台,采用正交试验法进行了高体积分数SiCp/Al复合材料ELID精密磨削工艺参数优化试验研究,通过实验研究分析了主轴转速、磨削深度、工件移动速度、电压等试验参数对工件表面粗糙度影响规律,得到了高体积分数SiCp/Al复合材料ELID精密磨削的最优工艺参数,并对其进行了磨削加工验证试验,加工出表面粗糙度Ra=0.041μm的精密磨削表面。借助扫描电子显微镜(SEM)对磨削后的工件表面微观形貌进行观测与分析,总结了高体积分数SiCp/Al复合材料ELID精密磨削后的几种典型表面缺陷。针对高体积分数SiCp/Al零件外圆、内孔、端面、螺纹等关键结合面在一次装卡中实现精密磨削加工的技术要求,通过三维绘图软件设计开发了高体积分数SiCp/Al复合材料ELID精磨磨削机床,机床采用立式转台磨床结构布局设计,具有良好的抗弯曲和抗振性能,同时将ELID精密磨削技术和国际先进的立式磨床结构设计思想相结合,能够对砂轮进行在线电火花修整,在线电解修锐,从而实现高体积分数SiCp/Al零件的精密磨削加工。