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文檔簡介
1、Si3N4陶瓷具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能,被認(rèn)為最有希望在航空航天高溫條件下廣泛應(yīng)用的新型材料。但是當(dāng)加工表面微觀形貌較差時,高溫條件下 Si3N4陶瓷零部件表面與氣液混合相發(fā)生強烈擠壓摩擦而產(chǎn)生大量氣動熱,導(dǎo)致零部件摩擦系數(shù)增大、強度降低等,甚至引起零部件失效。因此開展 Si3N4陶瓷加工表面微觀形貌創(chuàng)成機理及優(yōu)化技術(shù)研究,提高加工表面質(zhì)量具有重要的研究意義和工程應(yīng)用價值。
旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工工藝是Si3N4陶瓷材料復(fù)雜零部
2、件制造的發(fā)展趨勢。Si3N4陶瓷具有較高的硬度和較低的斷裂韌性,其獨特的材料去除機理產(chǎn)生特殊的加工表面微觀形貌特征,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。針對旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工表面微觀形貌創(chuàng)成機理及優(yōu)化技術(shù)均未開展深入研究,而這些理論及其技術(shù)是提高 Si3N4陶瓷材料加工表面質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。本文從旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工表面微觀形貌創(chuàng)成機理理論研究出發(fā),研究微觀形貌特征及其影響規(guī)律,建立微觀形貌與加工參數(shù)間映射模型,并最終實現(xiàn)加工工藝參數(shù)優(yōu)化。
為實現(xiàn)加工過程中
3、磨粒運動宏觀力學(xué)理論與材料微觀力學(xué)機理結(jié)合,揭示加工表面微觀形貌創(chuàng)成機理,基于磨粒運動模型及超聲沖擊載荷作用下陶瓷材料動力特性,研究Si3N4陶瓷旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工過程彈塑性動力學(xué)響應(yīng)特性,分析沖擊載荷條件下Si3N4陶瓷材料性能變化。引入非局部理論構(gòu)造材料本構(gòu)模型,且對磨粒超聲振動作用下小參數(shù)變化規(guī)律進行研究。在此基礎(chǔ)上,研究非局部應(yīng)力場條件下中位裂紋和橫向裂紋擴展條件。并基于單顆粒加工仿真和劃痕實驗,分析 Si3N4陶瓷旋轉(zhuǎn)超聲磨削加
4、工表面微觀形貌形成機理。
研究加工表面微觀形貌分形特征?;诮y(tǒng)計分布分析 Si3N4陶瓷旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工表面微觀形貌特征。在此基礎(chǔ)上,通過定性和定量研究,驗證加工表面微觀形貌自相似性特征。利用差分盒維數(shù)法和雙毯覆蓋法計算微觀形貌灰度圖像,發(fā)現(xiàn)分形維數(shù)計算精度低。為提高分形維數(shù)計算精度,基于微觀形貌灰度圖像特點,提出基于周長-體積關(guān)系的分形維數(shù)計算方法,并進行精度驗證?;诜中尉S數(shù)將加工表面微觀形貌奇異特征進行提取。并研究主軸轉(zhuǎn)
5、速、切削深度、進給速度以及切削力對分形維數(shù)的影響。
研究超聲振動金剛石刀具對微觀形貌影響。為從切削力變化角度分析金剛石粒度、濃度和結(jié)合劑類型對微觀形貌影響,在旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工機理研究基礎(chǔ)上,建立了工程陶瓷脆性域旋轉(zhuǎn)超聲磨削加工切削力數(shù)學(xué)模型,并對模型進行驗證。通過數(shù)學(xué)模型分析刀具參數(shù)與切削力關(guān)系,進而研究對加工表面微觀形貌影響規(guī)律。同時,為了深入研究刀具參數(shù)對加工表面微觀形貌影響,研究不同參數(shù)刀具磨損機理和刀具磨損量。在此基礎(chǔ)
6、上分析不同加工狀態(tài)下微觀形貌變化。
為確立加工工藝參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),建立主軸轉(zhuǎn)速、切深、進給速度、金剛石粒度、金剛石濃度、刀具結(jié)合劑類型與加工表面微觀形貌間的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。采用標(biāo)準(zhǔn)BP算法和引入動量項的改進BP算法對模型進行訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)模型無法收斂于目標(biāo)誤差;而采用LM算法對模型進行訓(xùn)練,其預(yù)測結(jié)果離散型大。為解決這一問題基于鮑威爾法提出一種改進型BP算法,并對算法收斂速度和迭代精度進行驗證。根據(jù)加工工藝參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約
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