納米陶瓷二維超聲磨削表面創(chuàng)成機理研究.pdf

1、納米陶瓷因具有強度高、斷裂韌性高、結(jié)構致密等特性改善了陶瓷材料的機械加工性,而因其固有脆性而導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)成機理進行了深入研究,主要做了以下幾方面工作:
　　1、基于二維超聲磨削磨粒運動學分析,建立了二維超聲磨削相鄰磨粒運動學模型,并進

2、行磨粒運動軌跡仿真分析。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二維超聲磨削分離特性。分析了砂輪半徑、進給速度、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(可達普通磨削時的數(shù)倍)、相鄰磨粒運動軌跡間干涉次數(shù)增多;進給速度對接觸弧上磨粒運動軌跡的影響程度隨砂輪半徑的減小而增大,增大進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(但比普通磨削時大),相鄰磨粒運動軌跡間干涉次數(shù)減少。
　　2、基于彈性力學分析,建立了二維超聲磨削壓痕應力場相似模型,研究了力比對壓痕應力場的影響。表明:增大力比,最大主壓應力向磨粒前方偏斜;建立了二維超聲磨削時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,進而減小磨削力,并通過二維超聲磨削磨削力試驗進行了驗證。
　　3、基于二維超聲磨削磨粒運動學分析,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,與工件進給速度成反比。建立了二維超聲振動磨削中單顆磨?？毯勰Ｐ?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或增加了相鄰磨粒刻痕間的干涉程度,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進行了實驗驗證。為探討聲發(fā)射技術在二維超聲磨削過程監(jiān)測中的可行性,進行了二維超聲磨削過程聲發(fā)射監(jiān)測檢測試驗。表明:在相同光磨次數(shù)下,RMS