基于ABAQUS的陶瓷颗粒增强铝基复合材料切削特性仿真分析

陶瓷颗粒增强铝基复合材料是一种重要的结构材料，因其具有优异的力学性能、高温稳定性和良好的耐蚀性等特点，被广泛应用于航空、汽车、船舶、电子等领域。本文利用Digimat建立了不同增强颗粒(AL2O3、SiC、TiC)下的铝基复合材料并通过ABAQUS仿真分析了切削速度和切削深度对切削力和切削温度的影响机制。研究结果表明，陶瓷颗粒增强铝基复合材料的切削行为受多种因素共同影响。首先，在相同切削条件下，TiC增强颗粒的切削力和切削温度最大，SiC次之，AL2O3最小，其次，随着切削速度和切削深度的增加，切削力和切削温度逐渐增大，但切削深度主要影响切削速度，切削速度主要影响切削温度。综合而言，本研究为理解不同增强颗粒下的陶瓷颗粒增强铝基复合材料在切削过程中的力学和热学特性提供了重要参考。

随着现代工业技术的不断发展，铝基复合材料因其优异的力学性能、高温稳定性和良好的耐蚀性等特点，被广泛应用于极端环境下的结构材料和高精度零件。其中，陶瓷颗粒增强铝基复合材料具有良好的耐磨、耐高温和抗氧化等性能，可用于制造切削工具、轴承和摩擦材料等。在加工过程中，切削力和切削温度是影响加工效率和加工质量的重要因素。因此，研究不同增强颗粒下陶瓷颗粒增强铝基复合材料的切削力和切削温度，对于提高加工效率和保证加工质量具有重要意义。

近年来，众多学者围绕陶瓷颗粒增强铝基复合材料开展了大量的研究工作。郝世明等[1]通过拉伸测试、组织观察和耐磨性能实验，研究了增强颗粒SiC 对基体合金的显微组织、力学性能与耐磨性能的影响。结果表明SiCp 的良好支撑作用、导热性能和高体积分数是复合材料耐磨性能优良的主要原因。秦孝华等[2]通过预处理陶瓷颗粒，利用不同方法在非真空感应炉中制备了颗粒增强铝基复合材料。结果显示预制件法和无旋涡机械搅拌法不适合制备体积分数高、颗粒尺寸小的复合材料。半固态机械搅拌法可将颗粒尺寸为3.5 μm、体积分数为40%的SiC 颗粒加入到金属Al 中，但当颗粒体积分数大于30%时无法均匀分散。谭俊[3]使用挤压铸渗法制备ATZ 颗粒局部增强A356 铝基复合材料，探讨不同颗粒粒径对复合材料组织及性能的影响。发现随着颗粒粒径减小，ATZ/A356 复合材料的弯曲强度增加。且ATZ/A356复合材料耐磨性能远远好于A356 铝合金的耐磨性能。胡子健[4]通过实验设计方法研究了选区激光熔化技术的打印工艺参数与打印致密度之间的关系，探讨了增强相的强化机制和在熔池中的运动情况，对铝基复合材料打印后的热处理进行了相关研究，揭示了热处理方式对物相、显微结构和力学性能的影响机