超聲ELID復(fù)合內(nèi)圓磨削ZTA納米復(fù)相陶瓷的磨削機(jī)理.pdf

1、納米復(fù)相陶瓷以其優(yōu)異的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能和較低的微缺陷敏感性，正成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和尖端科技領(lǐng)域的一類(lèi)關(guān)鍵性材料。不過(guò)，納米復(fù)相陶瓷的應(yīng)用需要很高的形狀尺寸精度和表面完整性，其加工仍然較困難，突出表現(xiàn)為難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度、高效率和高可靠性加工。本文將以精密高效為主要特征的超聲振動(dòng)技術(shù)和以超精密鏡面為主要特征的ELID（在線電解修銳）磨削技術(shù)相復(fù)合，以ZTA納米復(fù)相陶瓷為載體，研究超聲振動(dòng)參數(shù)、磨削參數(shù)與ELID參數(shù)之間的關(guān)系及其對(duì)磨削過(guò)

2、程的影響，以及超聲 ELID磨削工藝參數(shù)對(duì)工件表面紋理的影響關(guān)系，以揭示超聲ELID磨削納米復(fù)相陶瓷的磨削機(jī)理，為進(jìn)一步完善硬脆材料高效鏡面加工理論和技術(shù)提供支撐。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴搭建超聲ELID復(fù)合磨削ZTA納米陶瓷試驗(yàn)研究平臺(tái)。主要工作包括：基于波動(dòng)理論和ANSYS有限元模態(tài)分析方法設(shè)計(jì)超聲振動(dòng)系統(tǒng)；分別設(shè)計(jì)電解裝置的陽(yáng)極和陰極，然后將它們集成為ELID裝置；根據(jù)電火花加工原理，并通過(guò)調(diào)節(jié)整形各階段的參數(shù)，對(duì)鑄鐵結(jié)

3、合劑金剛石砂輪進(jìn)行整形試驗(yàn)，使砂輪的初始圓度誤差由32μm降低到約2μm，大多數(shù)磨粒凸出鑄鐵結(jié)合劑表面，從而達(dá)到砂輪精度要求。⑵根據(jù)超聲ELID復(fù)合內(nèi)圓磨削砂輪氧化膜生長(zhǎng)和去除的電化學(xué)原理，并考慮軸向超聲振動(dòng)輔助磨削幾何參數(shù)等因素，建立任意時(shí)間超聲ELID復(fù)合磨削砂輪氧化膜厚度預(yù)測(cè)模型。對(duì)該模型進(jìn)行仿真分析的結(jié)果表明：在氧化膜厚度近似線性增長(zhǎng)階段，極間間隙越大，則氧化膜形成厚度越小，形成速度越慢；磨粒體積比越大，則氧化膜形成厚度越大，形

4、成速度越快；占空比越大，則氧化膜形成厚度越大，形成速度越快。在氧化膜厚度呈非線性增長(zhǎng)階段，超聲頻率越高，則成膜速度越快，平衡時(shí)形成的氧化膜厚度越大。⑶開(kāi)展單因素試驗(yàn)，歸納出電源電壓、脈沖寬度與脈沖間隔、極間間隙、砂輪轉(zhuǎn)速及超聲振動(dòng)對(duì)超聲ELID復(fù)合磨削預(yù)修銳階段氧化膜的厚度、形成速率、表面形貌的影響機(jī)理；通過(guò)改變砂輪轉(zhuǎn)速、工件轉(zhuǎn)速、磨削深度、砂輪粒度，定性分析動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中各參數(shù)對(duì)氧化膜狀態(tài)的影響；進(jìn)行停電光磨試驗(yàn)和停電光磨附加超聲振動(dòng)

5、試驗(yàn)，揭示超聲振動(dòng)對(duì)氧化膜拋光性的影響機(jī)理。為驗(yàn)證砂輪氧化膜厚度模型，采集砂輪預(yù)修銳和動(dòng)態(tài)磨削過(guò)程中測(cè)量點(diǎn)的厚度值，同時(shí)理論計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)值，結(jié)果表明，玻爾茲曼函數(shù)擬合的相關(guān)度較好，厚度測(cè)量值趨勢(shì)與理論預(yù)測(cè)值趨勢(shì)相仿，這反映氧化膜厚度隨時(shí)間而不斷增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度隨時(shí)間而變緩，從而證實(shí)氧化膜厚度模型的合理性。⑷在超聲ELID復(fù)合磨削磨粒運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)態(tài)有效磨粒數(shù)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，建立超聲ELID復(fù)合磨削平均未變形磨屑厚度模型。接著開(kāi)展超聲

6、ELID磨削ZTA納米陶瓷材料去除特性試驗(yàn)，通過(guò)研究磨削深度與磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌的變化關(guān)系，將磨削深度與磨削結(jié)果之間的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)槲醋冃文バ己穸扰c磨削結(jié)果之間的關(guān)系。通過(guò)分析不同未變形磨屑厚度條件下磨削力和表面粗糙度的變化規(guī)律以及工件表面SEM（掃描電子顯微鏡）照片，確定ZTA納米陶瓷材料去除的脆塑性轉(zhuǎn)變條件為平均未變形磨屑厚度1.565μm。然后基于未變形磨屑厚度模型建立表面粗糙度模型，通過(guò)模型仿真和表面粗糙度試驗(yàn)證實(shí)表面