● 摘要
颗粒增强金属基复合材料(PRMMCs)以优异的综合性能在航空航天、汽车、电子等多个领域具有广阔的应用前景。但PRMMCs由于弥散着高强度的增强颗粒存在难加工问题，主要表现为刀具磨损严重和加工表面质量差，这严重制约了PRMMCs的应用和发展。因此，积极开展PRMMCs的加工机理和性能研究从而指导实际的生产加工，对于促进PRMMCs的应用推广和提高相关产品的质量与性能都具有重要意义。
本文以SiCP/Al复合材料为研究对象，采用有限元数值仿真与实验研究两种方法对其切削性能进行研究。基于RSA法与几何图形运算建立起随机分布细观结构模型并实现关于SiC颗粒形状、大小及体积分数这三个因素的参数化。在此基础上建立起二维正交细观切削仿真模型进行有限元计算，仿真分析了材料结构、加工参数、刀具参数对材料切削性能的影响规律。对应仿真参数开展SiCP/Al复合材料的铣削加工实验并完成相关测量工作，根据实验结果研究分析了铣削力、加工表面微观形貌、加工表面残余应力和切屑形态等关键物理量的特性及影响因素。
整合仿真与实验结果发现：切削过程剪切区域的面积以及剪切角度不断变化，颗粒是切削应力的主要承担者，较大值出现在剪切区域的颗粒与基体界面处；低速时切削力随切削速度增大而增大，随切削深度的变化较复杂；加工表面主要缺陷包括孔洞，凹坑，裂纹，犁沟，颗粒凸起及切削振动等；表面残余应力中正应力均为压应力，切屑为裹挟着SiC颗粒的铝粉末。改善加工性能可从材料本身的结构和加工工艺两个方面着手，减小且均匀增强颗粒尺寸，采用三角形颗粒，提高界面强度，采用高强度刀具进行高速切削，加工前进行热处理工艺等都是稳定切削力和改善加工表面质量的有效措施。