超声辅助磨削工程陶瓷边界损伤机理研究

摘要

工程陶瓷的高硬度、高耐磨和抗腐蚀性等优良的机械性能使其成功的应用于切削刀具、耐火材料和汽车零部件等领域，但是同时由于其难加工性，也制约了其更为广泛的使用。超声辅助加工在一定程度上改善了陶瓷材料难加工特性，提高其加工效率以及工件表面/亚表面质量。而随着科技不断的进步，目前零件表面/亚表面质量已经不能满足精密零件的高标准，其更是对边界质量提出了新的要求。基于此，本文着重对超声辅助磨削工程陶瓷边界损伤机理进行研究。
　　为构建有效的工程陶瓷边界损伤预报模型，本文将从理论基础、有限元仿真和磨削试验三个方面对Al2O3、ZTA和ZrO2三种陶瓷的边界损伤进行讨论对比分析。
　　首先，基于压痕边缘破碎估测断裂韧性理论，及普通磨削力和超声磨削力模型公式构建磨削陶瓷边界损伤预报模型。发现磨削参数、超声参数和材料特性均对工程陶瓷边界损伤有一定影响，且材料的断裂韧性对其边界损伤影响敏感度较高。
　　其次，利用ABAQUS软件建立三维单颗磨粒磨削工程陶瓷模型，发现工程陶瓷在普通磨削和超声磨削两种情况下的边界损伤形式与实际磨削损伤形态相似，且其磨削力的大小也与实际情况相符。在仿真情况下，其磨削参数、超声参数和材料特性对边界损伤的影响趋势与预报模型相同。
　　最后，通过设计磨削试验获得磨削参数、超声参数和材料特性分别与工程陶瓷实际磨削力和边界损伤值的关系曲线，并对上面的理论模型和有限元仿真分析结果进行了数值验证，发现:理论公式和有限元分别得到的普通和超声磨削力数值与试验值趋势相同，其中普通磨削力理论获得值与对应的试验值大小偏差较小，几乎相等；普通预报模型获得的边界损伤预报值与试验值趋势相同，且数值大小一致；超声预报模型利用断裂韧性角度推测的预报值比超声降低磨削力角度预报值更接近边界损伤试验值。

目录

声明

致谢

1.绪论

1.1课题来源

1.2课题提出的背景和意义

1.3边界损伤机理国内外研究现状

1.4本文主要研究内容：

2.磨削力模型研究及边界损伤预报模型建立

2.1引言

2.2工程陶瓷磨削力模型

2.3边界损伤预报模型

2.4本章小结

3.单颗磨粒磨削工程陶瓷边界损伤有限元分析

3.1引言

3.2单颗磨粒磨削有限元模型研究

3.3单颗磨粒磨削三维有限元模型建立

3.4本章小结：

4.磨削工程陶瓷边界损伤试验研究

4.1引言

4.2工程陶瓷边界损伤试验装置设计

4.3工程陶瓷磨削力研究

4.4工程陶瓷磨削边界损伤研究

4.5本章小结

5.磨削力及边界损伤预报模型有效性验证

5.1引言

5.2磨削力模型验证

5.3边界损伤预报模型验证

5.4本章小结

6.总结与展望

6.1总结

6.2不足与展望

参考文献

作者简介

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