导　　师： 魏昕

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 由于硬脆材料的优良的机械物理性能和稳定的化学性能,被日益广泛的使用在军工,精密制造,医疗美容等相关领域,但是由于陶瓷玻璃硬脆材料在传统的磨削加工时容易出现材料表明的崩碎,崩边,而磨削区域温度梯度的变化使得热应力的巨变而产生微裂纹甚至宏观的裂纹,造成磨削表面质量下降,本文在阅读大量国内外关于超声振动加工硬脆材料的论文文献的基础上,并且选择氧化锆陶瓷作为研究对象,进行纵扭复合超声振动铣磨加工陶瓷材料的去除机理的基础性研究,分析金刚石磨粒与陶瓷材料之间相互作用,结合运动学理论来对纵扭超声振动加工的磨粒轨迹进行推导和仿真,并根据磨粒的运动轨迹推导铣磨头侧面磨粒在进给方向的磨削力模型,通过磨削力测量实验以及划痕实验对纵扭复合超声振动加工机理进行探究,主要研究工作如下:(1)首先根据外加超声电源的纵扭超声振动系统的各项阐述,结合纵扭超声的振动模态,基于运动学理论基础分析磨粒与陶瓷工件之间的相互作用,进而推导磨粒的运动轨迹方程并进行仿真,通过轨迹模型的建立,对加工过程中磨粒的运动弧长,对材料的理论去除体积等推导证明纵扭超声加工在改变磨粒运动轨迹的基础上,能够增长有效运动距离。(2)基于对纵扭复合超声振动加工运动轨迹方程的分析,分析在加工过程中的有效磨粒数,结合脆性断裂力学理论,推导铣磨刀具上侧面磨粒在进给方向磨削力模型并进行仿真,搭建磨削力测试平台,通过单因素铣磨氧化锆实验测量纵扭复合振动加工的三向力,并与仿真值对比验证其正确性。(3)通过前面对纵扭复合超声振动加工磨粒轨迹的分析以及对磨削力模型的推导建立,基于应力波的传播原理和脆性断裂力学,建立基于单颗磨粒的应力波微分方程,结合广义虎克定律对应力波的数学模型进行建立,然后通过有限差分的数值仿真方法对应力波数学模型进行求解,结果表明:由于材料内部质点的惯性效应,材料内会出现压应力和拉应力,使得裂纹的萌生和扩展;通过Ansys有限元仿真软件对磨粒冲击氧化锆陶瓷的应力场进行仿真,并与有限差分数值仿真结果相互分析。(4)通过以上三种形式的划痕实验,定性的探究在纵扭复合超声振动加工对材料的去除机理,对比三种划痕形式下材料脆塑转变临界深度,结果表明:超声划痕的块状崩裂情况相比普通刻划有明显的减缓,而纵扭划痕则更加平滑,并且划痕的临界深度在随着划痕速度的增加而增加,并且通过刀具磨损实验对比三种形式下单颗金刚石磨粒的磨损情况;结合磨削力预测模型,进行纵扭复合超声振动铣磨加工,纵向超声加工和普通铣磨加工的对比单因素测力实验,分析对比这三种加工形式下工艺参数的影响规律,并验证磨削力模型的正确性。更多还原

关 键 词： [8998943]超声加工 运动轨迹 [847132]氧化锆陶瓷 [4769071]磨削力 划痕实验 [104512]刀具磨损

分 类 号： [TQ174.758.11]

领　　域： []