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工程陶瓷高效深磨磨削力和磨削能的特征及形成机理研究

作　者: 易了
导　师: 黄红武；盛晓敏
学　校: 湖南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 高效深磨磨削力工程陶瓷试验研究比磨削能形成机理
分类号: TG580.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 300次
引　用: 7次
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内容摘要

工程陶瓷因其高硬度、高抗压强度、耐高温耐磨损等优越性能,在制造领域的应用日益广泛。利用金刚石砂轮进行磨削是加工工程陶瓷最主要的工艺方法。但由于它的硬脆难加工性,目前的工程陶瓷磨削加工方法生产率低、加工成本高,而且磨削表面质量不易控制。因此,工程陶瓷的广泛应用迫切需要新的高效高质量的先进磨削加工工艺。将高效深磨技术应用到工程陶瓷的磨削加工中是探寻新的高效陶瓷磨削技术的创新。本研究力图通过对工程陶瓷高效深磨中磨削力、磨削能的特征和形成机理的对应、综合研究来探究它的磨削机理和可行性。本文在总结现有研究成果的基础上,对工程陶瓷进行了系统的高效深磨试验研究。试验中通过分别改变砂轮线速度、切深、工作台速度以及在相同的比磨除率下改变切深和工作台速度,测量了PSZ和Al₂O₃两种材料在高效深磨条件下不同工况的磨削力。在此基础上研究了磨削力、比磨削能和磨削力比随磨削条件变化的特征,对它们反映出的材料去除机理和磨削力的形成机理进行了探讨,并建立了工程陶瓷高效深磨条件下磨削力的数学模型。对比磨削能的特征、形成和分配机理也进行了研究。通过研究发现,单颗磨粒磨削力、比磨削能与最大未变形切屑厚度,磨削力和磨削力比与当量切削厚度有着良好的对应关系。PSZ和Al₂O₃由于材料性能的差异有不同的材料去除方式,表现出不同的磨削性能。而切向磨削力不论在塑性或脆性材料去除方式下都主要由塑性滑擦耕犁的摩擦力组成,塑性去除切屑的力非常小。两种去除方式下滑擦耕犁的摩擦机制相同,摩擦力的大小与由法向磨削力引起的正压力有关。G. Werner建立的磨削力数学模型对工程陶瓷高效深磨也有普遍的意义。陶瓷磨削过程材料以脆性断裂方式被去除所消耗的能量很少,绝大部分能量消耗于磨粒对工件表面的塑性滑擦耕犁过程。单位宽度磨削功率与单位宽度的磨粒耕犁面积呈线性比例的单调递增关系。

全文目录

学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 选题背景及意义  10-11
  1.2 工程陶瓷的应用背景和性能特点  11-13
    1.2.1 工程陶瓷的应用背景  11
    1.2.2 工程陶瓷材料微结构和性能  11-13
  1.3 工程陶瓷的磨削特点及磨削技术现状  13-15
    1.3.1 工程陶瓷的磨削特点  13-14
    1.3.2 工程陶瓷的磨削技术现状  14-15
  1.4 高效深磨技术的发展、应用和研究现状  15-17
  1.5 课题来源及研究内容  17-19
    1.5.1 课题来源  17
    1.5.2 本文主要的研究工作  17-18
    1.5.3 研究目标  18-19
第2章工程陶瓷磨削机理  19-30
  2.1 传统磨削理论  19-23
    2.1.1 单颗磨粒的磨削模型  19-20
    2.1.2 砂轮上单颗粒磨粒磨削模型  20-22
    2.1.3 砂轮磨削模型  22
    2.1.4 磨削力和磨削能的尺寸效应  22-23
  2.2 工程陶瓷材料磨削机理  23-30
    2.2.1 工程陶瓷磨削力分析  23-24
    2.2.2 工程陶瓷磨削模型  24-28
    2.2.3 工程陶瓷材料去除机理  28-30
第3章工程陶瓷高效深磨磨削力的试验  30-37
  3.1 试验设备及条件  30-33
  3.2 磨削力信号的采集与处理  33-35
  3.3 试验工艺方案  35-37
第4章磨削参数对磨削力试验结果的影响规律分析  37-50
  4.1 表面形貌观测结果  38-39
  4.2 砂轮线速度的影响  39-42
  4.3 工作台速度的影响  42-44
  4.4 切深的影响  44-46
  4.5 比磨除率相同的情况下改变切深和工作台速度的影响  46-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章磨削力的特征分析和形成机理研究  50-68
  5.1 G. Werner 的磨削力数学模型  50-52
  5.2 磨削力的特征和形成机理分析  52-64
    5.2.1 单颗磨粒磨削力随hmax的变化情况及特征分析  53-56
    5.2.2 磨削力随aeq的变化情况及特征分析  56-62
    5.2.3 磨削力比随aeq的变化情况  62-64
  5.3 工程陶瓷高效深磨磨削力模型的探讨  64-67
    5.3.1 现有的磨削力模型  65
    5.3.2 工程陶瓷高效深磨的磨削力模型  65-67
  5.4 本章小结  67-68
第6章磨削能的形成和分配机理研究  68-77
  6.1 比磨削能随hmax的变化情况及特征分析  68-71
  6.2 磨削能形成及分配机理分析  71-76
  6.3 本章小结  76-77
结论与展望  77-80
参考文献  80-84
附录A（攻读学位期间发表的学术论文目录）  84-85
致谢  85

工程陶瓷高效深磨磨削力和磨削能的特征及形成机理研究

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