陶瓷型面的數(shù)控展成蠕動進給超聲磨削技術的基礎研究.pdf

1、工程陶瓷由于其優(yōu)良的物理力學性能在切削工具、汽車、航空航天及儀器儀表等諸多領域都有廣泛的應用前景。但由于陶瓷材料同時具有高硬度、高脆性和低斷裂韌性等特點，是典型的難加工材料。特別是陶瓷材料的成形加工是長期以來希望解決、而至今仍未解決好的難題。而使用陶瓷材料來制造發(fā)動機上某些關鍵零部件以提升發(fā)動機的性能，是當前發(fā)達國家的研究重點之一。本文為解決陶瓷整體葉輪的加工難題，研究探索一種類似于數(shù)控仿形側(cè)銑加工的陶瓷葉片型面超聲磨削加工技術，即陶瓷

2、型面的數(shù)控展成蠕動進給超聲磨削技術。主要研究內(nèi)容包括： (1)對實驗室原超聲磨削型面加工機床進行改進以提升其性能，為后續(xù)試驗提供可靠的試驗平臺。新增設了電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)和磨輪驅(qū)動系統(tǒng)，并對超聲振動系統(tǒng)進行了改進，以實現(xiàn)磨削過程平穩(wěn)、磨輪定位準確且磨輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定可控。簡要介紹了各單元的功能和設計過程。 (2)對超聲加工聲學系統(tǒng)的關鍵部件——階梯形變幅桿進行了仿真分析研究?？紤]到一方面依理論設計的變幅桿其性能參數(shù)并不能完全

3、滿足試驗要求，另一方面變幅桿在工程應用中存在的特殊結構(如過渡圓弧、匹配長度、法蘭盤和螺紋孔等)會造成其性能參數(shù)的改變，而利用解析法難以對此求解。論文通過模態(tài)分析解決了這一難題，研究了過渡圓弧半徑、匹配長度和連接部件等對階梯形變幅桿諧振頻率、位移節(jié)點和放大系數(shù)的影響規(guī)律，并根據(jù)模態(tài)分析結果設計了變幅桿。對實際變幅桿利用高頻掃描激光測振系統(tǒng)進行了振動特性測試，實測結果與模態(tài)分析結果基本吻合，偏差在2.1％以內(nèi)，表明模態(tài)分析結果可信。

4、 (3)對蠕動進給超聲磨削加工技術基礎理論進行了研究。首先分析了陶瓷材料延性域磨削加工的可行性，基于壓痕斷裂力學理論，探討了陶瓷材料延性域超聲磨削機理，并給出了延性域超聲磨削的臨界條件。然后從理論上分析了陶瓷材料蠕動進給超聲磨削時去除材料所需的靜載荷模型。該模型表明：當整個磨輪完全切入陶瓷材料后，在超聲振動的作用下，將造成其磨削力降低，這將有利于陶瓷葉片型面數(shù)控展成蠕動進給超聲磨削加工的順利進行。通過分析單個磨粒的磨削參數(shù)，從理論上分

5、析了利用小直徑磨輪進行蠕動進給超聲磨削的加工過程，給出了蠕動進給超聲磨削加工過程中磨粒的最大磨削厚度、磨輪一轉(zhuǎn)中磨粒的磨削弧長和扇形凹口高度的理論計算公式。 (4)利用小直徑磨輪進行了Al2O3陶瓷材料蠕動磨削試驗，對比研究了超聲和機械磨削中磨削參數(shù)對表面粗糙度和材料去除率的影響。采用小直徑磨輪進行蠕動磨削時，超聲磨削和機械磨削存在不同之處，從理論上給予了解釋。深入研究表明，給工件施加一個附加的進給運動后，可以顯著降低加工表面粗