本文關(guān)鍵詞：預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工程陶瓷由于具有高強(qiáng)度、抗腐蝕、耐熱、耐磨損等優(yōu)越的性能,在航空航天、機(jī)械、汽車、電子等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,陶瓷零部件的加工也不斷向高效率、超精密等方向發(fā)展。然而,由于陶瓷材料本身的高硬度和高脆性,采用傳統(tǒng)的磨削加工難以避免產(chǎn)生加工損傷,如表面/亞表面裂紋,粉末化層、殘余應(yīng)力等,這將影響材料表面的性能,降低材料的強(qiáng)度,甚至導(dǎo)致陶瓷零部件的提前失效。此外,磨削加工效率低,其成本達(dá)到了整個(gè)加工成本的90%以上。因此,如何實(shí)現(xiàn)工程陶瓷高效、低損傷加工一直是研究的重要課題。本文提出了一種工程陶瓷的預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)的加工方法。主要研究工作內(nèi)容如下:基于壓痕斷裂力學(xué)和陶瓷材料斷裂力學(xué)理論,對(duì)預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)加工機(jī)理進(jìn)行了理論分析。建立了預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)加工切削力與切削深度之間數(shù)學(xué)關(guān)系,以及在塑性和脆性去除下材料去除率的數(shù)學(xué)模型。搭建了預(yù)壓應(yīng)力超聲振動(dòng)壓痕/劃痕實(shí)驗(yàn)裝置。重點(diǎn)對(duì)超聲變幅桿進(jìn)行了設(shè)計(jì),首先采用波動(dòng)理論確定超聲變幅桿特征參數(shù)的解析值,進(jìn)而采用有限元ANSYS軟件中進(jìn)行驗(yàn)證,優(yōu)化,最后對(duì)變幅桿進(jìn)行制造和調(diào)試。進(jìn)行了預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)的研究。分別觀察和分析預(yù)壓應(yīng)力,超聲振動(dòng),預(yù)壓應(yīng)力和超聲振動(dòng)共同作用對(duì)工程陶瓷表面和亞表面裂紋擴(kuò)展,劃痕溝槽的寬度和深度、壓痕法向載荷、劃痕切削力、振動(dòng)信號(hào)的影響等。進(jìn)行了預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)劃痕壓頭磨損實(shí)驗(yàn)的研究。從壓頭的磨損形貌、切削力、振動(dòng)信號(hào)三個(gè)方面闡述了超聲振動(dòng)、預(yù)壓應(yīng)力對(duì)壓頭磨損的影響�；贛atlab小波變換對(duì)加工工件的表面質(zhì)量及壓頭磨損規(guī)律進(jìn)行了分析。采用離散元軟件PFC~(2D)對(duì)預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕進(jìn)行了離散元模擬。研究了預(yù)壓應(yīng)力,超聲振動(dòng),預(yù)壓應(yīng)力和超聲振動(dòng)共同作用下對(duì)工程陶瓷壓/劃痕的裂紋擴(kuò)展,以及壓痕法向力,劃痕切削力,應(yīng)力的影響等。從本文理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三個(gè)角度所得出的研究結(jié)果可以看出,預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)加工能有效地增大材料的去除率,減小切削力,同時(shí)抑制了加工過程中表面/亞表面裂紋的擴(kuò)展,從而減少了加工損傷,改善了材料的表面質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了工程陶瓷的高效、低損傷加工。但其不足之處在于,徑向超聲振動(dòng)加工方式,嚴(yán)重加劇了刀具的磨損,預(yù)壓應(yīng)力也在一定程度上增加了刀具的磨損。
【關(guān)鍵詞】：陶瓷 預(yù)壓應(yīng)力 超聲振動(dòng) 裂紋擴(kuò)展 加工機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ174.6;TB559
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 超聲振動(dòng)輔助加工的基本原理及結(jié)構(gòu)類型11-13
• 1.2.1 超聲振動(dòng)輔助加工的基本原理11-12
• 1.2.2 超聲振動(dòng)輔助加工的結(jié)構(gòu)類型及其特點(diǎn)12-13
• 1.3 工程陶瓷超聲振動(dòng)加工的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 預(yù)壓應(yīng)力加工的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本課題的來源及主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 預(yù)應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)加工機(jī)理研究20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 預(yù)應(yīng)力下超聲振動(dòng)加工的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析20-22
• 2.2.1 刀具-工件的運(yùn)動(dòng)分析20-21
• 2.2.2 刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡分析21-22
• 2.3 預(yù)應(yīng)力下超聲振動(dòng)加工切削力與切削深度之間的關(guān)系22-26
• 2.3.1 預(yù)應(yīng)力對(duì)工程陶瓷切削力的影響23-25
• 2.3.2 預(yù)應(yīng)力下和超聲振動(dòng)共同作用下的切削力分析25-26
• 2.4 預(yù)應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)加工去除率的數(shù)學(xué)模型26-28
• 2.4.1 塑性去除下的去除率數(shù)學(xué)模型26-27
• 2.4.2 脆性去除下的去除率數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.5 本章小節(jié)28-30
• 第3章 超聲變幅桿及壓痕/劃痕實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)30-39
• 3.1 引言30
• 3.2 超聲變幅桿的設(shè)計(jì)30-36
• 3.2.1 變幅桿的材料及其結(jié)構(gòu)類型的選擇30-31
• 3.2.2 基于波動(dòng)理論的變幅桿的設(shè)計(jì)計(jì)算31
• 3.2.3 變幅桿的模態(tài)和諧響應(yīng)分析31-35
• 3.2.4 變幅桿的制造與檢測(cè)35-36
• 3.3 預(yù)應(yīng)力超聲振動(dòng)壓痕/劃痕實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)36-38
• 3.4 本章小節(jié)38-39
• 第4章 預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕實(shí)驗(yàn)的研究39-48
• 4.1 引言39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)條件及方案39-41
• 4.2.1 試件準(zhǔn)備39-40
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)條件及方案40-41
• 4.3 壓痕表面裂紋擴(kuò)展的結(jié)果與分析41-45
• 4.3.1 材料性能對(duì)壓痕裂紋擴(kuò)展的影響41-42
• 4.3.2 預(yù)壓應(yīng)力對(duì)工程陶瓷壓痕裂紋擴(kuò)展的影響42-44
• 4.3.3 超聲振動(dòng)對(duì)壓痕裂紋擴(kuò)展的影響44
• 4.3.4 超聲振動(dòng)與預(yù)壓應(yīng)力共同作用下對(duì)壓痕裂紋擴(kuò)展的影響44-45
• 4.4 壓痕法向載荷的結(jié)果與分析45-47
• 4.4.1 預(yù)壓應(yīng)力對(duì)法向載荷的影響45-46
• 4.4.2 預(yù)壓應(yīng)力和超聲振動(dòng)共同作用下對(duì)法向載荷的影響46-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第5章 預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)劃痕實(shí)驗(yàn)的研究48-61
• 5.1 引言48
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方案48-49
• 5.3 劃痕表面裂紋擴(kuò)展的結(jié)果與分析49-51
• 5.3.1 材料性能對(duì)劃痕表面裂紋擴(kuò)展的影響49
• 5.3.2 預(yù)壓應(yīng)力對(duì)劃痕表面裂紋擴(kuò)展的影響49-50
• 5.3.3 超聲振動(dòng)對(duì)劃痕表面裂紋擴(kuò)展的影響50
• 5.3.4 預(yù)壓應(yīng)力超聲振動(dòng)共同作用下對(duì)表面裂紋擴(kuò)展的影響50-51
• 5.4 劃痕亞表面裂紋擴(kuò)展的結(jié)果與分析51-53
• 5.4.1 材料性能對(duì)劃痕亞表面裂紋擴(kuò)展的影響51-52
• 5.4.2 預(yù)應(yīng)力對(duì)劃痕亞表面裂紋擴(kuò)展的影響52
• 5.4.3 預(yù)應(yīng)力超聲振動(dòng)共同作用下對(duì)劃痕亞表面裂紋擴(kuò)展的影響52-53
• 5.5 劃痕溝槽截面輪廓的分析53-55
• 5.5.1 普通劃痕的溝槽截面輪廓53
• 5.5.2 超聲振動(dòng)劃痕的溝槽截面輪廓53-54
• 5.5.3 溝槽的深度和寬度54-55
• 5.6 劃痕切向力的結(jié)果與分析55-57
• 5.7 劃痕振動(dòng)信號(hào)的結(jié)果與分析57-59
• 5.8 本章小節(jié)59-61
• 第6章 預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)劃痕壓頭磨損的實(shí)驗(yàn)研究61-69
• 6.1 引言61
• 6.2 超聲振動(dòng)對(duì)刀具磨損的影響61-63
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)方案61
• 6.2.2 壓頭磨損的形貌分析61-62
• 6.2.3 壓頭磨損過程中切削力的變化62-63
• 6.3 預(yù)壓應(yīng)力對(duì)刀具磨損的影響63-67
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)方案63-64
• 6.3.2 壓頭磨損的形貌分析64-65
• 6.3.3 壓頭磨損過程中切削力的變化65-66
• 6.3.4 壓頭磨損過程中的振動(dòng)信號(hào)66-67
• 6.4 本章小節(jié)67-69
• 第7章 預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕/劃痕的離散元模擬69-83
• 7.1 引言69
• 7.2 陶瓷的BPM模型及其參數(shù)校準(zhǔn)69-70
• 7.2.1 Al_2O_3陶瓷的BPM模型的建立69-70
• 7.2.2 Al_2O_3陶瓷的參數(shù)校準(zhǔn)70
• 7.3 模擬實(shí)驗(yàn)方案70-71
• 7.4 壓痕離散元模擬的結(jié)果與分析71-76
• 7.4.1 壓痕裂紋擴(kuò)展71-73
• 7.4.2 壓痕法向力73-74
• 7.4.3 壓痕應(yīng)力分布74-76
• 7.5 劃痕離散元模擬的結(jié)果與分析76-82
• 7.5.1 劃痕裂紋擴(kuò)展76-79
• 7.5.2 劃痕切向力79-80
• 7.5.3 劃痕應(yīng)力分布80-82
• 7.6 本章小節(jié)82-83
• 第8章 總結(jié)與展望83-86
• 8.1 全文總結(jié)83-84
• 8.2 研究展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-93
• 致謝93-94
• 攻讀碩士期間所發(fā)表的論文與參與的科研項(xiàng)目94
• 一、發(fā)表的論文94
• 二、參與的科研項(xiàng)目94

【相似文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 姜?jiǎng)購?qiáng);預(yù)壓應(yīng)力下陶瓷材料的裂紋擴(kuò)展及其加工機(jī)理研究[D];湘潭大學(xué);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 曾億江;預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)研究[D];湘潭大學(xué);2016年

2 裴亞暉;不同預(yù)壓應(yīng)力下的裝配框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究[D];華北理工大學(xué);2016年

3 張文博;SiC陶瓷雙向預(yù)壓應(yīng)力磨削機(jī)理研究[D];湘潭大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：461650