發(fā)布時(shí)間：2017-08-20 13:13

  本文關(guān)鍵詞：預(yù)燒結(jié)陶瓷微細(xì)三維結(jié)構(gòu)精密制造方法研究

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【摘要】：陶瓷材料因其優(yōu)越的使用性能,在微機(jī)械領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用需求,但在陶瓷材料上進(jìn)行特征尺寸在微米量級(jí)的微小結(jié)構(gòu)或零件的微細(xì)加工十分困難。本文采用基于陶瓷生坯的制造方法,在氧化鋁預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體上,進(jìn)行三維微結(jié)構(gòu)精密制造方法的研究。研究過(guò)程中共制備了六種不同預(yù)燒條件下的陶瓷坯體,分析了其斷面的微觀結(jié)構(gòu)以及預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體微細(xì)銑削加工過(guò)程中材料去除的微觀機(jī)理。此外,通過(guò)微孔鉆削實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在切削液中進(jìn)行陶瓷微細(xì)加工,加工力更小,刀具磨損較小,加工質(zhì)量更優(yōu)。論文全面研究了影響微結(jié)構(gòu)加工尺寸精度的各項(xiàng)因素。其中熱膨脹、機(jī)床重復(fù)定位精度、刀具加工精度、機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度是影響微結(jié)構(gòu)X、Y向尺寸精度的次要因素,加工間隙則是主要影響因素；而微結(jié)構(gòu)Z向尺寸精度主要與刀具磨損程度相關(guān)。本文結(jié)合微型腔的加工實(shí)驗(yàn),具體分析了加工間隙對(duì)微結(jié)構(gòu)X、Y向尺寸精度的影響,明確了坯體強(qiáng)度、銑削層厚、型腔深度等參數(shù)對(duì)加工間隙的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微結(jié)構(gòu)的加工間隙隨坯體強(qiáng)度的增加先減小后增大,在7-100MPa強(qiáng)度區(qū)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu),銑削層厚直接影響加工效率,但對(duì)加工間隙影響不大。此外進(jìn)行了加工間隙一致性驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)加工間隙大小與所加工微結(jié)構(gòu)尺寸大小無(wú)關(guān)。本文對(duì)X、Y向尺寸偏差采用逆向設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)尺寸的方法來(lái)補(bǔ)償加工間隙,加工結(jié)果表明實(shí)際尺寸與目標(biāo)尺寸的絕對(duì)偏差在2.5μm以內(nèi),補(bǔ)償效果良好；采用實(shí)時(shí)探測(cè)的方法來(lái)補(bǔ)償因刀具軸向磨損造成的微結(jié)構(gòu)Z向尺寸誤差,補(bǔ)償加工后的絕對(duì)偏差不大于3μm。表明采用這兩種補(bǔ)償加工方法可以顯著提高微結(jié)構(gòu)加工尺寸精度。論文系統(tǒng)研究了切削液、坯體強(qiáng)度、銑削層厚等加工參數(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)加工表面質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明,添加切削液后微結(jié)構(gòu)表面更清晰,幾乎沒(méi)有切屑?xì)埩簦憾绻C合考慮邊緣質(zhì)量和加工效率,坯體強(qiáng)度以9MPa左右、銑削層厚以51μm為好。本文通過(guò)不同銑削層厚組合下的實(shí)驗(yàn)加工探索,發(fā)現(xiàn)多層厚組合加工可以得到小且穩(wěn)定的加工間隙,同時(shí)微結(jié)構(gòu)邊緣質(zhì)量也較優(yōu),而其加工時(shí)間則大幅減少,加工效率顯著提高。此外論文詳細(xì)研究了弧形結(jié)構(gòu)加工的可行性,綜合考慮加工效率及圓弧結(jié)構(gòu)完整性,確定了合適的弧形結(jié)構(gòu)插補(bǔ)加工參數(shù)。最后綜合考慮尺寸精度、表面質(zhì)量、加工效率以及弧形結(jié)構(gòu)加工條件,對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇,合理設(shè)計(jì)加工工藝,成功的在預(yù)燒結(jié)坯體上銑削制造出各主要特征尺寸的絕對(duì)偏差均不大于51μm的尺寸精度高、邊緣質(zhì)量好的多種微細(xì)三維陶瓷結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)燒結(jié)坯體 尺寸精度 表面質(zhì)量 圓弧插補(bǔ) 三維微結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ174.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 課題研究背景9-10
• 1.3 陶瓷微細(xì)特種加工方法10-11
• 1.4 提高坯體強(qiáng)度的陶瓷微細(xì)加工方法11-18
• 1.4.1 添加粘結(jié)劑的陶瓷微細(xì)加工11-13
• 1.4.2 預(yù)燒結(jié)陶瓷微細(xì)加工13-15
• 1.4.3 預(yù)燒結(jié)陶瓷微細(xì)加工存在的問(wèn)題15-18
• 1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 微細(xì)加工裝置及刀具在線制備20-30
• 2.1 微細(xì)加工裝置20-23
• 2.2 微細(xì)加工控制程序23-27
• 2.3 鎢絲刀具在線制備27-30
• 3 預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體材料去除方式研究30-46
• 3.1 預(yù)燒結(jié)氧化鋁陶瓷制備30-35
• 3.1.1 粉體特性30-31
• 3.1.2 生坯制備及結(jié)構(gòu)分析31-32
• 3.1.3 預(yù)燒結(jié)坯體制備及結(jié)構(gòu)分析32-35
• 3.2 預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體材料去除機(jī)理分析35-40
• 3.2.1 陶瓷坯體材料去除模型35-36
• 3.2.2 材料去除過(guò)程分析36-38
• 3.2.3 坯體強(qiáng)度與加工間隙的變化關(guān)系38-40
• 3.3 切削液對(duì)微細(xì)加工的影響40-46
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)方法40-41
• 3.3.2 切削液對(duì)微孔加工間隙的影響41-43
• 3.3.3 切削液對(duì)軸向加工力和刀具磨損的影響43-45
• 3.3.4 切削液對(duì)微孔表面形貌的影響45-46
• 4 微細(xì)加工尺寸精度與表面質(zhì)量研究46-62
• 4.1 X、Y向尺寸精度46-53
• 4.1.1 加工間隙48-50
• 4.1.2 加工間隙一致性驗(yàn)證50-51
• 4.1.3 加工力51-53
• 4.2 Z向尺寸精度53-55
• 4.3 微結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量55-60
• 4.3.1 切削液55-56
• 4.3.2 坯體強(qiáng)度56-58
• 4.3.3 銑削層厚58-59
• 4.3.4 加工深度59-60
• 4.4 多層厚組合加工60-62
• 5 三維微結(jié)構(gòu)制造方法研究62-75
• 5.1 加工間隙補(bǔ)償62-67
• 5.1.1 單一層厚補(bǔ)償加工62-65
• 5.1.2 多層厚補(bǔ)償加工65-67
• 5.2 刀具軸向磨損補(bǔ)償67-68
• 5.3 圓弧插補(bǔ)研究68-72
• 5.3.1 插補(bǔ)參數(shù)69-71
• 5.3.2 圓弧結(jié)構(gòu)完整性71-72
• 5.4 復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)加工實(shí)例72-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況79-80
• 致謝80-81

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本文編號(hào)：706805