摘要
针对新型轻质陶瓷材料为核心的高性能复合装甲，制孔加工时容易在孔口区域产生崩边、分层等缺陷，造成加工质量差、加工效率低等问题，严重影响了陶瓷复合装甲的大规模生产使用。鉴于此，采用超声振动辅助加工的制孔方法，对比研究了SiC陶瓷复合装甲在常规加工和超声振动辅助加工两种方式下的轴向力、形貌和孔加工质量。研究的主要内容和得出的结论如下： 首先，研究了SiC陶瓷复合装甲超声振动辅助制孔加工过程的运动学特性，分析了单颗金刚石磨粒的运动轨迹特性以及动力学特性，并从运动学特性方面分析超声振动辅助制孔加工对表面形成质量的影响，揭示了超声振动辅助加工降低轴向力的规律。 其次，开展孔加工对比实验，得出轴向力在两种加工方式下变化波动的原因。通过建立三维钻削有限元模型，仿真结果得出GFRP在常规加工下力在18N~35N之间，超声振动辅助加工下力在17N~32N之间，超声振动辅助加工的轴向力降低率为12%；SiC陶瓷轴向力在超声振动辅助加工下降低率为35.3%，孔壁质量与分层损伤也得到有效抑制。随后通过改变机床主轴转速、进给速度等加工工艺参数，探究轴向力的变化，结果表明，提高主轴转速，降低进给速度，可有效减小钻削轴向力。 最后，研究了超声振动辅助加工对复合装甲出入口加工质量的抑制机理，分析了工艺参数对孔壁微观形貌的影响。实验结果表明，超声振动辅助加工保证了入孔处界面粘合的紧密性，提高了制孔表面完整性。其中，内部SiC陶瓷的材料去除方式为脆性断裂，孔壁表面残留有裂纹，常规加工容易造成内部开裂，相比常规加工，超声振动辅助加工使其表面平滑整齐，铺层清晰可辨，能显著改善制孔质量；提高主轴转速有利于降低孔壁表面粗糙度。 基于上述研究，揭示了超声振动辅助加工对轴向力和加工质量的影响规律，提高了SiC陶瓷复合装甲制孔加工的质量，为此类复合装甲材料高质高效制孔加工提供了技术支撑和参考依据，具有重要的工程应用价值。
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