納米陶瓷超聲振動磨削表面-亞表面損傷機理研究.pdf

1、由于陶瓷材料具有機械強度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕、不導電、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性,使其在航天航空、化工等領域有著十分廣闊的應用前景。磨削作為硬脆材料常用的加工手段被廣泛應用于陶瓷材料的精加工之中。但傳統(tǒng)的磨削方式加工效率低,加工成本高,且表面質量較差。超聲振動磨削技術的引入大大提高了陶瓷材料的加工效率,降低了加工成本。由于陶瓷材料的高硬度和高脆性,其在加工過程中表面易留下加工損傷,如表面/亞表面裂紋、表面破碎、表面粉碎以及殘余應力等,上述

2、加工損傷的存在將嚴重影響陶瓷工件的疲勞壽命及使用安全。為此本文從陶瓷材料磨削的表面完整性、表面/亞表面裂紋的成核及其擴展過程和表面殘余應力等方面對超聲振動磨削陶瓷表面/亞表面損傷機理進行了深入研究。從微觀角度揭示了超聲振動對陶瓷材料表面/亞表面損傷的形成機理,為陶瓷材料的高效、精密無損加工提供理論依據。本文主要研究內容如下:
　　1.分析了陶瓷材料的去除機理,并對超聲磨削陶瓷表面損傷進行了實驗研究。研究表明超聲振動磨削可以在較大切

3、深范圍內實現材料的塑性域磨削,從而可以在提高加工效率的同時有效降低工件的磨削損傷。而普通磨削則在較小磨削深度時就已經出現表面破碎等表面損傷。
　　2.根據壓痕斷裂力學相關理論分析了超聲磨削應力場,并在此基礎上對超聲振動磨削時裂紋成核及擴展機理做了詳細討論。分析表明超聲磨削過程中磨削應力場是一個高頻交變應力場,該交變應力場將加速材料的疲勞斷裂,同時該交變應力場將促使裂紋向自由表面擴展,從而阻止裂紋向工件內部擴展,降低亞表面裂紋損傷。