【摘要】：陶瓷材料作為硬脆材料的一種,具有強度硬度高、耐高溫高壓、抗腐蝕性好及良好的生物特性等優(yōu)點,而被廣泛應用于精密儀器、軍事工業(yè)、航空航天、醫(yī)療器械、計算機工程等領域的關鍵精密零件。對于陶瓷材料,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程中容易產(chǎn)生集中熱量,出現(xiàn)熱應力而導致熱裂紋產(chǎn)生,加工質(zhì)量差,效率低;因此本文根據(jù)超聲振動加工硬脆陶瓷材料的工藝特點,選擇工程氧化鋯陶瓷材料作為具體研究對象。首先分析超聲加工硬脆陶瓷材料的實際意義,再對目前陶瓷材料的加工理論基礎和工藝手段進行總結,以實際加工運動過程為基礎,結合壓痕斷裂力學理論分析縱扭復合振動超聲加工陶瓷材料破碎去除機理,搭建試驗平臺,以加工過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程機理,與理論相結合,豐富振動輸出模式,滿足陶瓷材料高效高精密的加工要求,主要研究方法和結論如下:1、首先通過總結目前關于陶瓷材料加工機理研究的理論基礎和存在的加工工藝手段的優(yōu)劣性,得到復合振動超聲對加工陶瓷材料具有一定的優(yōu)越性,并對復合振動超聲加工在硬脆類材料上的研究應用進行歸納,確定了縱扭復合振動超聲加工對陶瓷材料的工藝優(yōu)勢;2、對縱扭復合振動超聲加工過程中的工具與材料之間的相對運動形式和加工過程進行建模分析,振動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,切屑流出與磨粒間的摩擦力存在反轉(zhuǎn)效應及振動沖擊式的加工特性,再結合對比試驗證明獨特的運動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理論,結合外加超聲振動效應,建立單顆磨粒壓痕壓入過程接觸區(qū)域彈塑性應力場變化模型,分析磨粒壓痕過程裂紋群的成核生長和交織擴展脫落去除過程,得到加工過程中材料發(fā)生脆塑性轉(zhuǎn)變的臨界切削深度計算公式,發(fā)現(xiàn)裂紋的成核生長與外加載荷大小具有直接關系,外加超聲振動加工有利于擴大材料塑性加工區(qū)域,橫向裂紋與徑向裂紋能促進材料破碎去除,提高材料去除率,又能保證加工表面質(zhì)量;4、建立縱扭復合振動超聲加工過程中磨削力模型,搭建試驗測力系統(tǒng)平臺,通過磨削力試驗對比分析得知超聲振動加工具有減小磨削力,平穩(wěn)加工過程,受力小而均勻的工藝特點,并進一步分析磨削力隨超聲振動能量、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、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對象,進行縱扭復合振動超聲磨削加工單因素試驗分析工藝參數(shù)(超聲振動能量、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、磨削深度)對加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)表面粗糙度值隨超聲振動能量和主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小,而磨削深度和進給速度增大,表面粗糙度值也會增大,并在單因素參數(shù)影響規(guī)律的基礎上選取重要加工參數(shù)因素水平進行正交試驗,分析加工參數(shù)對表面粗糙度的影響顯著性程度,試驗結果表明:超聲振動能量、主軸轉(zhuǎn)速、磨削深度、進給速度對表面粗糙度的影響程度依次減弱,且最佳表面加工參數(shù)組合是超聲振動能量34v,磨削深度9μm,進給速度15mm/min及主軸轉(zhuǎn)速24000r/min。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.6
【圖文】：

圖 1-1 變載荷劃痕試驗及其聲發(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)一維超聲振動加工的振動輸出模式單一，無

= =圖 2-2 相位差 值不同時磨粒的合成運動軌跡Fig.2-2 Synthetic trajectory of abrasive with Phase difference value in difference由以上振動效應下磨粒的軌跡位移變化情況可以看出，當沿 x、z 兩個方向

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 關強虎;;論波源間距對形成干涉現(xiàn)象的影響——兼談聲波干涉實驗[J];安慶師范學院學報(自然科學版);2015年03期

2 唐軍;趙波;;分離型縱-扭復合超聲銑削的穩(wěn)定性分析[J];兵工學報;2015年07期

3 向道輝;馬國峰;張玉龍;梁松;周直昆;張磊;;超聲輔助磨削碳化硅鋁基復合材料改善砂輪堵塞的實驗研究[J];制造技術與機床;2015年06期

4 王明海;李世永;鄭耀輝;;超聲銑削鈦合金材料表面粗糙度研究[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2014年06期

5 陳凡;趙波;童景琳;;超聲磨削陶瓷材料磨削力研究[J];航空精密制造技術;2012年06期

6 陳振理;;硬脆材料加工技術的研究[J];天津冶金;2011年05期

7 張承龍;馮平法;吳志軍;郁鼎文;;旋轉(zhuǎn)超聲鉆削的切削力數(shù)學模型及試驗研究[J];機械工程學報;2011年15期

8 沈?qū)W會;張建華;邢棟梁;董春杰;;超聲振動輔助微細銑削加工尺寸精度實驗[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2011年03期

9 趙文鳳;郭鐘寧;唐勇軍;;新型超聲振動結構的研究進展[J];機床與液壓;2010年15期

10 梁志強;王西彬;吳勇波;趙文祥;彭云峰;許衛(wèi)星;;單晶硅二維超聲振動輔助磨削技術的實現(xiàn)[J];機械工程學報;2010年13期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙明利;多頻率超聲輔助磨削納米氧化鋯陶瓷表面/亞表面損傷機理研究[D];河南理工大學;2010年

2 焦鋒;工程陶瓷超聲輔助固著磨料高效研磨機理及試驗研究[D];上海交通大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 裴天河;微波鐵氧體超聲精密制孔工藝試驗研究[D];天津大學;2016年

2 欒曉明;7075-T6鋁合金超聲振動車削有限元仿真及實驗研究[D];湖南科技大學;2014年

3 肖敏;軸向超聲振動輔助磨削機理的研究[D];東北大學;2012年

4 岳廣喜;超聲縱—扭振動高速銑削高體分SiCp/Al復合材料的試驗研究[D];河南理工大學;2012年

5 周雪鋼;氮化硅陶瓷超聲振動磨削機理及表面質(zhì)量研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

6 石海波;硬脆材料超聲振動磨削實驗系統(tǒng)的建立及其實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

7 荊君濤;陶瓷基復合材料零部件的復雜曲面加工技術研究[D];哈爾濱工程大學;2009年

8 劉禮平;鉻剛玉砂輪磨削氮化硅陶瓷試驗研究[D];天津大學;2008年

本文編號：2781767