[发明专利]一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工方法及装置

权利要求书

1.一种陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1激光加热表面熔融改性：对陶瓷颗粒增强金属基复合材料表面进行激光加热扫描处理，利用陶瓷增强颗粒在液态金属基体中的沉降和分解现象，以使陶瓷颗粒增强金属基复合材料表面形成一层无/少陶瓷增强颗粒的激光改性区域；

S2超精密加工：通过铣刀对激光改性区域进行铣削，然后通过飞刀对激光改性区域进行光整加工，且铣刀和飞刀对激光改性区域的总切削量不大于激光改性区域的深度，完成对陶瓷颗粒增强金属基复合材料的加工；

加工前，建立激光加热温度场模型，通过输入陶瓷颗粒增强金属基复合材料的热物理参数以及激光加热扫描处理参数来仿真与模拟加工时温度场的分布，并预测激光改性区域的宽度和深度，进而据此确定激光加热扫描处理的参数，以及后续超精密加工参数；

在仿真与模拟加工时温度场的分布时，当温度场分布达到稳定时建立过激光光源中心且沿表面和深度方向的两条路径，获取其温度与位置关系曲线，并通过该关系曲线与金属基体材料熔点的关系预测激光改性区域的宽度和深度。

2.如权利要求1所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工方法，其特征在于，所述激光加热温度场模型中的激光模型采用高斯热源模型。

3.如权利要求1所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒增强金属基复合材料的热物理参数包括导热系数和比热容，其中：

(1)所述导热系数通过如下公式计算得到：

其中，K_c，K_m和K_p分别为陶瓷颗粒增强金属基复合材料、金属基体材料和增强颗粒材料的导热系数，d为增强颗粒的直径，V_p为增强颗粒的体积分数，R_Bd为复合材料的界面热阻；

(2)所述比热容通过如下公式计算得到：

其中，C_c，C_m和C_p分别为陶瓷颗粒增强金属基复合材料、金属基体材料和增强颗粒材料的比热容，ρ_p和ρ_m分别为金属基体材料和增强颗粒材料的密度，V_p为增强颗粒的体积分数。

4.如权利要求1所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工方法，其特征在于，所述激光加热扫描处理的参数包括激光光源功率、离焦量、激光移动速度以及扫描间距。

5.一种用于实现如权利要求1-4任一项所述方法的陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工装置，其特征在于，包括主轴箱(1)、激光器(2)、主轴(9)、飞刀组件、铣刀和工作台(5)，其中：

所述激光器(2)和主轴(9)均安装在所述主轴箱(1)上，所述工作台(5)位于所述激光器(2)和主轴(9)下方，且其上安装有固定底座(6)，该固定底座(6)用于固定待加工材料(4)；所述铣刀安装在所述主轴(9)下端，用于对待加工材料(4)进行铣削粗加工，该铣刀在粗加工完成后更换为飞刀组件，以在铣削后进一步进行飞刀光整加工。

6.如权利要求5所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工装置，其特征在于，所述飞刀组件包括飞刀盘(8)、飞刀(7)和配重块(3)，其中，所述飞刀盘(8)安装在所述主轴(9)的下端，所述飞刀(7)和所述配重块(3)对称地安装在所述飞刀盘(8)上。

7.如权利要求6所述的陶瓷颗粒增强金属基复合材料加工装置，其特征在于，所述飞刀(7)为单点金刚石飞刀。