【摘要】：近年來,隨著科學技術的不斷發(fā)展以及工業(yè)的不斷進步,硬脆材料被廣泛應用于各種行業(yè),特別是在通信、航空航天、光學儀器儀表等高新技術領域。硬脆材料硬度高、脆性大,屬于低斷裂韌性材料,加工難度大,傳統(tǒng)的砂輪磨削等技術難以達到其技術要求。而現(xiàn)有的一些硬脆材料磨削拋光方法難以實現(xiàn)曲面類零件的加工,本文提出使用磁性磨粒光整加工方法,利用具有柔性、自適應性的磁性磨粒實現(xiàn)對石英玻璃管內表面的光整加工。本文主要進行了以下研究工作:(1)以單顆磁性磨粒為研究對象,研究分析了其在磁場中所受磁場保持力、磁性磨粒對工件表面的作用力以及在加工過程中的受力情況。對硬脆材料的去除方式、脆塑轉變機理進行闡述,研究分析了硬脆材料的磁性磨粒光整加工去除機理。分析表明磁性磨粒光整加工硬脆材料的去除過程由塑性去除、脆塑混合去除(橫向裂紋沒有擴展到材料表面)和脆性去除(橫向裂紋已擴展到材料表面)三種方式組成。(2)以石英玻璃端面作為加工對象選用金剛石非固結磁性磨料,經加工的表面粗糙度最終Ra、Rz值分別達到0.016μm和0.12μm,驗證了磁性磨粒光整加工對石英玻璃的加工可行性。研究分析了主軸轉速、加工間隙、初始狀態(tài)和加工時間對工件表面粗糙度值的影響,得出最佳工藝參數(shù)。(3)根據石英玻璃管的內表面設計內置磁極,采用ANSYS Maxwell仿真軟件對磁極的組合形式、組合磁極數(shù)量、磁極開槽尺寸進行模擬仿真。通過分析最終確定磁極頭采用10塊N45釹鐵硼瓦型磁極共同組成,每塊瓦型磁極外徑為35mm,內徑為20mm,圓心角為36o,高度為40mm,開槽尺寸為2mm。(4)設計四因素三水平正交實驗,對主軸轉速、加工間隙、鐵粉目數(shù)和磨粒粒徑對石英玻璃管內表面的表面粗糙度影響的主次順序進行研究,得出最優(yōu)因素水平組合方案為磨粒粒徑為2.5μm,主軸轉速為960r/min,加工間隙為1mm,鐵粉目數(shù)為200目,并對該組合進行實驗驗證。本文通過理論分析和實驗研究驗證了磁性磨粒光整加工對石英玻璃管內表面的精密加工可行性,對解決硬脆材料曲面光整加工具有重要意義。
[Abstract]:In recent years, with the continuous development of science and technology and the continuous progress of industry, hard and brittle materials are widely used in various industries, especially in communications, aerospace, optical instruments and other high-tech fields. The hard brittle material is of high hardness and high brittleness, which belongs to the low fracture toughness material and is difficult to be processed, so it is difficult for the traditional grinding wheel grinding technology to meet its technical requirements. However, some existing grinding and polishing methods for hard and brittle materials are difficult to realize the machining of curved surface parts. In this paper, a magnetic abrasive finishing method is proposed, which is flexible. The self-adaptive magnetic abrasive can finish the inner surface of quartz glass tube. The main work of this paper is as follows: (1) taking a single magnetic abrasive as the research object, the magnetic field retention force in the magnetic field, the force of the magnetic abrasive particles on the workpiece surface and the force acting on the workpiece during the processing are studied and analyzed. The removal mode of hard brittle material and the mechanism of brittle plastic transformation are expounded. The removal mechanism of magnetic abrasive finishing of hard brittle material is studied and analyzed. The analysis shows that the removal process of hard and brittle materials processed by magnetic abrasive finishing is removed by plasticity. Brittle plastic mixed removal (transverse crack does not extend to the surface of the material) and brittle removal (transverse crack has been extended to the surface of the material) is composed of three ways. (2) the quartz glass end face is used as the processing object of diamond non-consolidated magnetic abrasive, The final Ra,Rz values of the machined surface roughness are 0.016 渭 m and 0.12 渭 m, respectively. The feasibility of magnetic abrasive finishing for quartz glass is verified. The effects of spindle speed, machining clearance, initial state and processing time on the surface roughness of the workpiece are studied and analyzed, and the optimum process parameters are obtained. (3) according to the inner surface of the quartz glass tube, the built-in magnetic pole is designed. The combined form of magnetic pole, the number of combined magnetic poles and the slot size of magnetic pole are simulated by ANSYS Maxwell software. Finally, it is determined that the magnetic pole head is composed of 10 N45 NdFeB type magnetic poles. The outer diameter, inner diameter, center angle and height of each tile magnetic pole are 35mm, 20mm, 36oand 40mm, respectively. (4) four factors and three levels orthogonal experiment were designed to study the effects of spindle speed, machining clearance, iron powder mesh number and abrasive particle size on surface roughness of quartz glass tube. The results show that the optimal level combination scheme is that the particle size is 2.5 渭 m, the spindle speed is 960r / min, the machining clearance is 1mm and the mesh number of iron powder is 200 mesh, and the combination is verified by experiments. In this paper, the feasibility of magnetic abrasive finishing on the inner surface of quartz glass tube is verified by theoretical analysis and experimental study. It is of great significance to solve the problem of surface finishing of hard and brittle materials.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ171.68

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本文編號：2296299