硅铝合金切激光原位辅助削机理与工艺研究

项目来源于韩思源 2024 年大连理工大学机械工程学院的本科毕业设计。

硅铝合金（Sip/Al）由于其比强度高、导热率高、热膨胀系数可控，是电子封装领域的关键材料。

硅铝合金在（1）航天望远镜，（2）电子封装，（3)飞机腹鳍中的应用。

然而 Sip/Al 复合材料作为一种颗粒增强型复合材料，使用传统的单点金刚石切削技术存在硬质点磨损、颗粒从基体剥离、加工表面质量差、刀具磨损严重等问题。

激光原位辅助切削技术示意图

激光原位辅助切削技术是一种有效实现其超精密加工的方法，其可弥补传统加工方式的不足，提高材料的塑性，降低切削力、减少刀具磨损，从而实现 Sip/Al 复合材料的超精密加工。

主要工作：

1. 使用Abaqus建立了二维原位激光辅助切削 Sip/Al仿真模型。

​ 单点金刚石切削硅铝合金

​ 激光原位辅助切削硅铝合金

激光软化了 Si 颗粒及周围的铝基体，降低了表面应力，抑制裂纹扩展，减少了 Si 颗粒的崩碎，从而提高表面加工质量。

2. 开展了硅铝合金的原位激光辅助切削机理的实验研究

硅铝合金中 Si 颗粒体积分数为 50%，平均直径为 16μm。

实验装置设置

表面质量对比（a）单点金刚石切削 （b）激光原位辅助切削

普通切削过程中，由于 Si 颗粒与 Al 基体产生挤压、刮擦，从而在 Al 基体上形成了大的划痕和 Al 基体撕裂，Si 颗粒由于脆性去除会产生崩碎，导致在 Al 基体中会产生大的空洞、凹坑和大裂纹。

切屑形态分析（a-c）单点金刚石切削 （d-f）激光原位辅助切削

激光束的引入，预热并软化了工件，Al 基体的变形阻力减少，晶界滑动容易，其受到刀具的前刀面挤压作用时，不易与 Al 基体发生分离，更容易获得连续的切屑。