旋轉(zhuǎn)超聲鉆削先進陶瓷的基礎研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)超聲鉆削是一種先進陶瓷材料孔加工的高效加工方法。它是一種集普通超聲鉆削和磨削加工為一體的復合加工方法。相對于普通超聲鉆削，旋轉(zhuǎn)超聲鉆削無論在降低加工成本還是提高加工效率方面都有了革命性的變化。 本文在深入剖析旋轉(zhuǎn)超聲鉆削技術現(xiàn)狀以及存在問題的基礎上，對旋轉(zhuǎn)超聲鉆削先進陶瓷的實驗和理論研究進行了深入的研究。論文的主要研究工作概括如下： 1、在恒速進給加工條件下，實驗比較了旋轉(zhuǎn)超聲鉆削和普通鉆削對加工過程的影響；系統(tǒng)研究

2、了在恒速進給加工條件下，旋轉(zhuǎn)超聲鉆削參數(shù)對加工過程的影響。 2、分別推導出普通超聲鉆削和旋轉(zhuǎn)超聲鉆削過程中，工件在單顆磨粒作用下的應力場分布模型；并從工件應力場的角度解析了旋轉(zhuǎn)超聲鉆削材料去除率高于普通超聲鉆削材料去除率的現(xiàn)象。 3、分別基于脆性斷裂和塑性變形兩種材料去除機理，推導出簡單實用的旋轉(zhuǎn)超聲鉆削材料去除率理論模型，并根據(jù)所推導的理論模型進行仿真，探討了旋轉(zhuǎn)超聲鉆削加工參數(shù)(超聲振動振幅，超聲振動頻率，工作壓力，

3、旋轉(zhuǎn)速度，磨粒數(shù)目，以及磨粒尺寸)對材料去除率的影響。 4、通過使用數(shù)字顯微鏡跟蹤觀察旋轉(zhuǎn)超聲鉆削過程中金剛石工具表面形貌變化，研究了旋轉(zhuǎn)超聲鉆削先進陶瓷過程中的工具磨損機理。 5、針對旋轉(zhuǎn)超聲鉆削過程中排屑困難的難題，通過改進旋轉(zhuǎn)超聲鉆削的傳統(tǒng)金剛石工具，提出一種新型的加工工藝一斷續(xù)旋轉(zhuǎn)超聲鉆削；并對斷續(xù)旋轉(zhuǎn)超聲鉆削的加工效果進行了實驗驗證。 通過實驗研究和理論分析，本論文取得的主要成果和結(jié)論有： 1、

4、在恒速進給加工條件下，旋轉(zhuǎn)超聲鉆削比普通鉆削更具有加工優(yōu)勢。相對于普通鉆削，旋轉(zhuǎn)超聲鉆削能有效降低切削力，降低加工孔的表面粗糙度，以及避免先進陶瓷工件在加工中的破裂。 2、在恒速進給加工條件下，主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、以及超聲功率對旋轉(zhuǎn)超聲鉆削加工過程具有顯著的影響。旋轉(zhuǎn)超聲鉆削過程中，切削力隨著旋轉(zhuǎn)速度或超聲功率的提高而降低，隨著進給速度的提高而提高。加工孔表面粗糙度隨著旋轉(zhuǎn)速度的提高而降低。 3、從分析旋轉(zhuǎn)超聲鉆削應力場

5、可知，旋轉(zhuǎn)超聲鉆削先進陶瓷過程中，工件應力場分布向磨粒的運動方向傾斜，在磨粒與工件接觸區(qū)的前下方處容易產(chǎn)生磨削裂紋。該磨削裂紋在磨粒的劃擦和撕裂作用下，會進一步向工件表面擴展，形成切屑，這有利于提高材料去除率。 4、通過對旋轉(zhuǎn)超聲鉆削過程中工具磨損機理的研究發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)超聲鉆削碳化硅時，金剛石工具磨損機理包括磨耗磨損、磨粒破碎、和磨粒脫落，但是以磨粒脫落為主要磨損機理。旋轉(zhuǎn)超聲鉆削氧化鋁時，金剛石工具磨損機理主要是磨耗磨損。