納米陶瓷二維超聲磨削表面創(chuàng)成機(jī)理研究.pdf

1、納米陶瓷因具有強(qiáng)度高、斷裂韌性高、結(jié)構(gòu)致密等特性改善了陶瓷材料的機(jī)械加工性,而因其固有脆性而導(dǎo)致的已加工表面損傷依然是精密/超精密加工中必須解決的問題。研究表明,二維超聲磨削能夠擴(kuò)大硬脆材料塑性加工域、改善已加工表面質(zhì)量。為探討二維超聲振動在納米陶瓷磨削加工中的工藝效果,本文對納米陶瓷二維超聲磨削表面創(chuàng)成機(jī)理進(jìn)行了深入研究,主要做了以下幾方面工作:
　　1、基于二維超聲磨削磨粒運(yùn)動學(xué)分析,建立了二維超聲磨削相鄰磨粒運(yùn)動學(xué)模型,并進(jìn)

2、行磨粒運(yùn)動軌跡仿真分析。表明:減小砂輪半徑、增大超聲振幅、提高超聲振動頻率有利于加強(qiáng)二維超聲磨削分離特性。分析了砂輪半徑、進(jìn)給速度、切削深度等對二維超聲磨削中單顆磨粒在接觸弧上運(yùn)動規(guī)律的影響。表明:在主軸轉(zhuǎn)速不變的情況下,減小砂輪半徑將使有效接觸弧長變短、刻痕間距減小、磨粒最大未變形切深增大(可達(dá)普通磨削時(shí)的數(shù)倍)、相鄰磨粒運(yùn)動軌跡間干涉次數(shù)增多;進(jìn)給速度對接觸弧上磨粒運(yùn)動軌跡的影響程度隨砂輪半徑的減小而增大,增大進(jìn)給速度磨粒最大未變形

3、切深增大;減小切削深度,有效接觸弧長變短,磨粒最大未變形切深減小(但比普通磨削時(shí)大),相鄰磨粒運(yùn)動軌跡間干涉次數(shù)減少。
　　2、基于彈性力學(xué)分析,建立了二維超聲磨削壓痕應(yīng)力場相似模型,研究了力比對壓痕應(yīng)力場的影響。表明:增大力比,最大主壓應(yīng)力向磨粒前方偏斜;建立了二維超聲磨削時(shí)磨粒下方中位裂紋方位角模型,分析了二維超聲振動對中位裂紋方向的影響,指出增大力比(或減小磨削力比)將會減小中位裂紋方位角,有利于實(shí)現(xiàn)陶瓷材料的塑性剪切去除;

4、基于動量理論,建立了二維超聲磨削中單顆磨粒在接觸弧上的磨削力比數(shù)學(xué)模型,分析了接觸弧上不同位置的磨削力比。表明:二維超聲振動能夠減小了磨削力比Fn/Ft(或增大了力比)、增大材料剪切去除比例,進(jìn)而減小磨削力,并通過二維超聲磨削磨削力試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　3、基于二維超聲磨削磨粒運(yùn)動學(xué)分析,研究了二維超聲振動對磨削加工表面質(zhì)量的影響,建立了二維超聲磨削時(shí)已加工表面上振紋密度模型,分析了二維超聲振動對單磨粒振紋密度的影響。表明:二維超

5、聲磨削中已加工表面上的振紋密度與超聲振動頻率成正比,與工件進(jìn)給速度成反比。建立了二維超聲振動磨削中單顆磨粒刻痕模型,分析了二維超聲振動對已加工表面粗糙度的影響。表明:二維超聲振動減小了同一磨?？毯鄣闹丿B或增加了相鄰磨?？毯坶g的干涉程度,降低了已加工表面粗糙度,并通過納米氧化鋯二維超聲磨削表面粗糙度試驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為探討聲發(fā)射技術(shù)在二維超聲磨削過程監(jiān)測中的可行性,進(jìn)行了二維超聲磨削過程聲發(fā)射監(jiān)測檢測試驗(yàn)。表明:在相同光磨次數(shù)下,RMS