【摘要】：陶瓷材料作為硬脆材料的一種,具有強(qiáng)度硬度高、耐高溫高壓、抗腐蝕性好及良好的生物特性等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于精密儀器、軍事工業(yè)、航空航天、醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)工程等領(lǐng)域的關(guān)鍵精密零件。對(duì)于陶瓷材料,目前工業(yè)生產(chǎn)中的線切割、電解或磨削加工等手段在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生集中熱量,出現(xiàn)熱應(yīng)力而導(dǎo)致熱裂紋產(chǎn)生,加工質(zhì)量差,效率低;因此本文根據(jù)超聲振動(dòng)加工硬脆陶瓷材料的工藝特點(diǎn),選擇工程氧化鋯陶瓷材料作為具體研究對(duì)象。首先分析超聲加工硬脆陶瓷材料的實(shí)際意義,再對(duì)目前陶瓷材料的加工理論基礎(chǔ)和工藝手段進(jìn)行總結(jié),以實(shí)際加工運(yùn)動(dòng)過(guò)程為基礎(chǔ),結(jié)合壓痕斷裂力學(xué)理論分析縱扭復(fù)合振動(dòng)超聲加工陶瓷材料破碎去除機(jī)理,搭建試驗(yàn)平臺(tái),以加工過(guò)程物理量磨削力的變化規(guī)律和加工材料表面形貌分析材料去除過(guò)程機(jī)理,與理論相結(jié)合,豐富振動(dòng)輸出模式,滿足陶瓷材料高效高精密的加工要求,主要研究方法和結(jié)論如下:1、首先通過(guò)總結(jié)目前關(guān)于陶瓷材料加工機(jī)理研究的理論基礎(chǔ)和存在的加工工藝手段的優(yōu)劣性,得到復(fù)合振動(dòng)超聲對(duì)加工陶瓷材料具有一定的優(yōu)越性,并對(duì)復(fù)合振動(dòng)超聲加工在硬脆類(lèi)材料上的研究應(yīng)用進(jìn)行歸納,確定了縱扭復(fù)合振動(dòng)超聲加工對(duì)陶瓷材料的工藝優(yōu)勢(shì);2、對(duì)縱扭復(fù)合振動(dòng)超聲加工過(guò)程中的工具與材料之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式和加工過(guò)程進(jìn)行建模分析,振動(dòng)輸出模式的不同使得刀具磨粒與材料之間出現(xiàn)微觀上的接觸-分離效應(yīng),切屑流出與磨粒間的摩擦力存在反轉(zhuǎn)效應(yīng)及振動(dòng)沖擊式的加工特性,再結(jié)合對(duì)比試驗(yàn)證明獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)形式可有效保持磨粒的鋒利性,減弱刀具的磨損,利于較好表面質(zhì)量的形成;3、基于陶瓷材料壓痕斷裂力學(xué)理論,結(jié)合外加超聲振動(dòng)效應(yīng),建立單顆磨粒壓痕壓入過(guò)程接觸區(qū)域彈塑性應(yīng)力場(chǎng)變化模型,分析磨粒壓痕過(guò)程裂紋群的成核生長(zhǎng)和交織擴(kuò)展脫落去除過(guò)程,得到加工過(guò)程中材料發(fā)生脆塑性轉(zhuǎn)變的臨界切削深度計(jì)算公式,發(fā)現(xiàn)裂紋的成核生長(zhǎng)與外加載荷大小具有直接關(guān)系,外加超聲振動(dòng)加工有利于擴(kuò)大材料塑性加工區(qū)域,橫向裂紋與徑向裂紋能促進(jìn)材料破碎去除,提高材料去除率,又能保證加工表面質(zhì)量;4、建立縱扭復(fù)合振動(dòng)超聲加工過(guò)程中磨削力模型,搭建試驗(yàn)測(cè)力系統(tǒng)平臺(tái),通過(guò)磨削力試驗(yàn)對(duì)比分析得知超聲振動(dòng)加工具有減小磨削力,平穩(wěn)加工過(guò)程,受力小而均勻的工藝特點(diǎn),并進(jìn)一步分析磨削力隨超聲振動(dòng)能量、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、磨削深度等加工參數(shù)的變化規(guī)律;5、以工程氧化鋯陶瓷材料作為試驗(yàn)對(duì)象,進(jìn)行縱扭復(fù)合振動(dòng)超聲磨削加工單因素試驗(yàn)分析工藝參數(shù)(超聲振動(dòng)能量、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、磨削深度)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)表面粗糙度值隨超聲振動(dòng)能量和主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小,而磨削深度和進(jìn)給速度增大,表面粗糙度值也會(huì)增大,并在單因素參數(shù)影響規(guī)律的基礎(chǔ)上選取重要加工參數(shù)因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn),分析加工參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響顯著性程度,試驗(yàn)結(jié)果表明:超聲振動(dòng)能量、主軸轉(zhuǎn)速、磨削深度、進(jìn)給速度對(duì)表面粗糙度的影響程度依次減弱,且最佳表面加工參數(shù)組合是超聲振動(dòng)能量34v,磨削深度9μm,進(jìn)給速度15mm/min及主軸轉(zhuǎn)速24000r/min。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ174.6
【圖文】：

圖 1-1 變載荷劃痕試驗(yàn)及其聲發(fā)射圖像變化情況Fig.1-1 Variable load scratch test and its acoustic emission image varia然陶瓷類(lèi)硬脆材料的特殊性給零件增加了許多優(yōu)越的使用性能，

圖 1-2 扁鉆微孔鉆削系統(tǒng)Fig1-2. Drilling system of flat drilling microho傳統(tǒng)一維超聲振動(dòng)加工的振動(dòng)輸出模式單一，無(wú)

= =圖 2-2 相位差 值不同時(shí)磨粒的合成運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.2-2 Synthetic trajectory of abrasive with Phase difference value in difference由以上振動(dòng)效應(yīng)下磨粒的軌跡位移變化情況可以看出，當(dāng)沿 x、z 兩個(gè)方向

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本文編號(hào)：2781767