發(fā)布時間：2018-07-15 11:57

【摘要】：納米陶瓷材料具有高強度、耐高溫、耐磨損、化學(xué)穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點,在航空航天、材料工程以及機械工程等領(lǐng)域得到很多應(yīng)用。同時,納米陶瓷材料具有彈性模量高、斷裂韌性低等特點,很難實現(xiàn)精密、高效加工,這也成為其廣泛應(yīng)用的瓶頸。目前,納米陶瓷等硬脆材料高效鏡面加工中技術(shù)相對比較成熟、應(yīng)用范圍較廣的是超聲振動磨削和ELID磨削。本文將對納米陶瓷工件施加超聲振動與ELID磨削相復(fù)合進行加工,分析兩種磨削加工方式相復(fù)合的穩(wěn)定性和相關(guān)性,研究復(fù)合磨削加工的材料去除機理、表面創(chuàng)成機理、磨削力變化規(guī)律以及表面微觀質(zhì)量,揭示納米陶瓷材料超聲ELID復(fù)合磨削高效超精密加工機理,為硬脆材料高效鏡面加工技術(shù)改進和提升提供支撐。主要研究內(nèi)容包括:首先,搭建納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削試驗研究平臺。根據(jù)超聲振動磨削、ELID磨削的加工機理,依托精密平面磨床,采用自行研制的超聲振動試驗工裝,使用平面ELID磨削裝置,實現(xiàn)超聲ELID復(fù)合平面磨削試驗研究平臺構(gòu)建。從整體組合的觀點對復(fù)合磨削系統(tǒng)分析,采用有限元修整的方法,完成聲學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計并進行振動性能測試。其次,研究納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工氧化膜狀態(tài)。根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)原理、超聲振動磨削幾何參數(shù)和單顆磨粒磨削軌跡等理論,建立超聲ELID復(fù)合平面磨削加工中氧化膜的生成、去除及達到動態(tài)平衡情況下的厚度理論模型并進行仿真預(yù)測。這里采用信號表征的方式實現(xiàn)超聲ELID復(fù)合磨削加工氧化膜狀態(tài)有效控制,根據(jù)磨削力、極間電流等氧化膜的表征信號變化情況,分析得出超聲振動對ELID磨削過程中氧化膜生成的厚度與強度影響很小,二者為弱相關(guān)。接著,分析納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工材料去除機理、表面創(chuàng)成機理。依據(jù)金剛石磨粒壓痕塑性去除原理,分析納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工單顆磨粒臨界切削深度、材料脆塑轉(zhuǎn)變臨界條件。以納米陶瓷超聲振動平面磨削加工單顆磨粒去除材料體積為基礎(chǔ),考慮ELID磨削的影響,建立復(fù)合平面磨削加工材料去除率數(shù)學(xué)解析模型,進行仿真預(yù)測和實驗研究,與普通ELID磨削相比,材料去除效率明顯提升。從工件材料質(zhì)點運動軌跡角度分析超聲ELID復(fù)合平面磨削加工的表面創(chuàng)成機理,通過超聲ELID磨削與普通ELID對比試驗得出,納米陶瓷材料超聲ELID復(fù)合平面磨削可以獲得更優(yōu)的加工表面。然后,研究納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工的磨削力特性。依據(jù)普通磨削加工磨削力數(shù)學(xué)模型,從切削變形力、摩擦力和超聲振動沖擊力三個方面對納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工磨削力進行分析,考慮超聲振動和ELID對復(fù)合磨削的影響,建立納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工的磨削力數(shù)學(xué)解析模型,進行仿真與試驗分析,超聲振動和ELID的復(fù)合作用有助于提升氧化膜的拋光特性,有效降低磨削力,獨特的磨削力特性利于實現(xiàn)納米陶瓷等硬脆材料磨削。最后,分析納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工的表面微觀質(zhì)量。根據(jù)電火花修整的基本原理,對金屬結(jié)合劑砂輪進行精密修整,使砂輪的圓度誤差降低至3μm左右,滿足納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工要求。通過納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削納米陶瓷表面粗糙度試驗,分析不同磨削參數(shù)、超聲參數(shù)和ELID參數(shù)對表面粗糙度的影響狀況。根據(jù)掃描電鏡、白光干涉儀等測試技術(shù),分析納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工表面微觀形貌、表面損傷的基本特征。試驗研究得出,納米陶瓷材料超聲ELID復(fù)合平面磨削加工能夠獲得高質(zhì)量的加工表面,表面粗糙度值低、表面微觀形貌平整均勻、表面損傷少。研究表明,納米陶瓷超聲ELID復(fù)合平面磨削加工,既能發(fā)揮超聲振動的精密高效磨削作用,又能達到ELID的超精密鏡面磨削效果,氧化膜狀態(tài)相對穩(wěn)定、可控,可以實現(xiàn)納米陶瓷等硬脆材料的高效鏡面磨削加工。
[Abstract]:Based on the theory of ultrasonic vibration grinding and ELID grinding , it is difficult to realize precise and high - efficiency machining , which is based on ultrasonic vibration grinding and ELID grinding . The effect of ultrasonic vibration and ELID on surface roughness is analyzed by means of ultrasonic ELID and ELID .
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.6

【參考文獻】

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本文編號：2123995