基于離散元法的Al2O3-TiC陶瓷材料加工特性研究.pdf

1、Al2O3基陶瓷具有高硬度,耐磨性、耐高溫和耐腐蝕性能好,其作為刀具材料得到廣泛地應(yīng)用。陶瓷屬于硬脆性材料,加工性能差,加工難度比較大。根據(jù)陶瓷材料的加工特性選擇合理的加工參數(shù),降低陶瓷材料在加工過(guò)程所產(chǎn)生的裂紋損傷是提高加工精度的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。本文以新型Al2O3/TiC陶瓷材料為研究對(duì)象,用離散元法對(duì)Al2O3/TiC陶瓷材料的壓痕開裂過(guò)程、微切削過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。根據(jù)離散元數(shù)值模擬動(dòng)態(tài)加工過(guò)程中裂紋的生成擴(kuò)展、切削力的變化及加工

2、后工件的表面質(zhì)量,分析了Al2O3/TiC陶瓷材料在不同加工工藝條件下的加工特性。
　　本文基于離散元法的基本原理,應(yīng)用PFC2D軟件建立了描述Al2O3/TiC陶瓷材料力學(xué)性能的BPM模型,并采用單軸壓縮試驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)及斷裂韌性試驗(yàn)過(guò)程的離散元模擬對(duì)BPM模型進(jìn)行了校準(zhǔn),確定了與Al2O3/TiC陶瓷材料主要力學(xué)性能相匹配的離散元模型。在所建立的模型基礎(chǔ)上對(duì)Al2O3/TiC陶瓷材料的壓痕開裂過(guò)程和微切削過(guò)程進(jìn)行了模擬。壓痕

3、開裂過(guò)程的模擬結(jié)果證明:在靜態(tài)壓痕實(shí)驗(yàn)加載過(guò)程中,尖銳壓頭比鈍性壓頭更容易使材料發(fā)生塑性變形;而加載速度和摩擦因數(shù)對(duì)裂紋擴(kuò)展影響不大。
　　論文考慮切削過(guò)程中粘性作用和切削溫度的影響,建立了Al2O3/TiC陶瓷微切削模型。分析不同的切削條件對(duì)微切削過(guò)程影響,模擬結(jié)果表明:切削深度對(duì)陶瓷材料的加工表面質(zhì)量影響最大,其次是進(jìn)給速度、刀具前角和切削刃鈍圓半徑。
　　最后在自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),使用金剛石涂層的球頭銑刀對(duì)Al2O3/