Gr/Al-18Si-4Cu-Mg复合材料切削力仿真实验研究

于 宏，刘伯涛

(沈阳理工大学 机械工程学院，沈阳 110159)

石墨烯(Graphene，简称Gr)是由排列整齐的sp2杂化的碳原子构成的蜂窝型二维平面结构，具有优异的光学、电学和机械特性。铝基复合材料作为一种常见的金属基复合材料，具有低密度、低膨胀、耐磨损、耐腐蚀、导热性好、制备工艺成本较低等优点[1-2]。将Gr作为增强相添加到铝及铝硅合金粉末中制备Gr增强铝硅基复合材料，具有很好的塑韧性和很高的强度[3]，有广阔的应用前景，常用于高温环境下服役的精密仪器及航空设备的结构部件。文献报道的Gr增强复合材料研究主要集中在Gr增强聚合物基和Gr增强金属基复合材料的力学性能、导电性能、抗磨损及耐腐蚀性能等方面，但对石墨烯复合材料实际应用过程中存在的加工成本较高、难切削加工等问题还鲜有报道。

Gr增强铝硅基复合材料切削性能的研究存在实验步骤复杂、影响因素多、研究成本高、原材料浪费大等缺点；一些制造企业使用人工经验矫正方法来优化加工参数，存在刀具磨损严重、加工效率低、废品率高和工件加工过程难以控制的现象[4]。随着仿真技术的发展，切削过程中有限元模拟成为探索金属切削加工过程的重要方法[5-7]，该方法省时省力，仿真效果直观，可以克服反复试切造成的时间、刀具和材料的损耗，对降低加工成本，提高生产效率具有积极的意义。

本文采用Abaqus有限元软件，对Gr/Al-18Si-4Cu-Mg 复合材料的铣削过程进行三维仿真模拟，研究切削过程中应力分布对材料变形、切屑分离的影响规律，进行不同切削要素条件下的铣削力仿真计算，将仿真结果与实验结果进行对比，验证仿真模拟的正确性和实用性。……