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工程陶瓷超精密平板研抛技术的研究

作　者: 赵明利
导　师: 赵波
学　校: 河南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 工程陶瓷超声振动磨粒轨迹粗糙度微观质量
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

工程陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨性和耐高温等优良特性,与金属和复合材料一起被称为现代工程材料的三大支柱,但由于陶瓷材料的难加工特性,在很大程度上限制了陶瓷材料在高科技领域的推广应用。针对工程陶瓷材料及超声波的特性,将超声波应用于工程陶瓷材料的精密加工。根据局部共振理论,设计制作了适合二维超声研抛大平板的声学系统,并对工装的振动性能进行试验;应用压痕断裂力学理论,对硬脆材料的去除机理进行分析研究,并对不同加工条件下,试件质点的运动情况以及单颗磨粒的相对运动轨迹进行分析模拟,发现在y方向施加超声时,其轨迹不同于普通研抛时单颗磨粒的直线形运动轨迹,而是有一定振幅的正弦曲线,说明在二维超声振动研抛时,其磨粒划痕比普通研抛时的磨粒划痕宽,从而证明二维超声研抛的高效性机理;通过工程陶瓷的研抛力试验研究,发现在相同加工条件下超声振动研抛力小于普通研抛力;通过对研抛后表面粗糙度进行对比,分析不同的加工参数对表面粗糙度的影响,通过正交试验和多元线性回归分析研究了各研抛参数对表面粗糙度影响的显著程度,得出了最佳研抛参数,给出表面粗糙度的试验公式;通过电镜试验,揭示了磨削与研抛的本质区别,并进一步说明了超声研抛优于普通研抛,超声研抛时材料以细碎的方式去除,并且表面出现的凹坑相对较浅,较为平整的平面面积相对较大。试验研究表明,将超声应用于研抛技术,对工程陶瓷而言是一种高效的加工方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 引言  10-18
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题的实用价值与理论意义  10-11
  1.3 工程陶瓷材料的特点及应用现状  11-14
    1.3.1 陶瓷材料的分类  12
    1.3.2 工程陶瓷材料的结合键和显微结构  12-13
    1.3.3 工程陶瓷材料的力学性能特点  13
    1.3.4 工程陶瓷的应用现状  13-14
  1.4 振动切削研究现状  14-15
  1.5 超声波应用于陶瓷材料加工的研究现状  15-16
  1.6 开展本课题研究的意义及主要研究内容  16-18
    1.6.1 课题研究的意义  16
    1.6.2 课题主要研究内容  16-18
2 超声研抛声学系统及其振动性能试验  18-36
  2.1 超声波简介  18-20
    2.1.1 超声波特性  18-19
    2.1.2 超声加工的基本原理  19
    2.1.3 超声加工的特点  19-20
  2.2 大平板陶瓷超声研抛振动系统  20-28
    2.2.1 超声波发生器的选用  20-21
    2.2.2 换能器的选用  21-22
    2.2.3 变幅杆的设计计算  22-28
  2.3 二维超声研抛大平板陶瓷工装的设计计算  28-31
  2.4 超声研抛大平板陶瓷工装振动特性试验  31-35
    2.4.1 试验设备和仪器  31-32
    2.4.2 试验观察  32-33
    2.4.3 振动性能测试  33-34
    2.4.4 试验结果分析  34-35
  2.5 本章小结  35-36
3 工程陶瓷超声研抛机理研究  36-58
  3.1 研磨抛光技术  36-40
    3.1.1 研磨技术  36-38
    3.1.2 抛光技术  38-40
  3.2 超声波研抛  40-41
    3.2.1 超声波研抛的含义  40
    3.2.2 超声波振动研抛机理  40-41
  3.3 工程陶瓷材料的去除机理  41-45
    3.3.1 陶瓷材料脆性破坏机理探讨  41-42
    3.3.2 工程陶瓷的材料去除过程分析  42-45
  3.4 超声振动时试件上质点的运动轨迹  45-46
  3.5 超声研抛时单颗磨粒相对运动轨迹  46-57
    3.5.1 单颗磨粒相对运动分析  47-49
    3.5.3 单颗磨粒运动轨迹模拟与分析  49-57
  3.6 本章小节  57-58
4 工程陶瓷平板的超声研抛力试验  58-70
  4.1 引言  58
  4.2 工程陶瓷平板超声研抛受力分析  58-59
  4.3 测力系统的使用  59-62
  4.4 二维超声振动研抛力试验研究  62-64
    4.4.1 试验装置  62-63
    4.4.2 试验条件及试验方法  63-64
  4.5 研抛参数对研抛力的影响  64-69
    4.5.1 研抛切深对研抛力的影响  64-66
    4.5.2 工作台运动速度对研抛力的影响  66-68
    4.5.3 研磨膏粒度对研抛力的影响  68-69
  4.6 本章小结  69-70
5 工程陶瓷平板超声研抛表面粗糙度研究  70-86
  5.1 引言  70
  5.2 研抛参数对表面粗糙度的影响  70-80
    5.2.1 试验设备和条件  70-71
    5.2.2 试验方法  71
    5.2.3 研磨膏粒度对表面粗糙度的影响  71-74
    5.2.4 研抛切深对表面粗糙度的影响  74-77
    5.2.5 抛光轮轴向进给量(Y 向间距)对表面粗糙度的影响  77-78
    5.2.6 工作台移动速度对表面粗糙度的影响  78-80
  5.3 100%纳米氧化锆陶瓷超声研抛表面粗糙度正交试验  80-85
    5.3.1 正交试验因素水平表  80-81
    5.3.2 正交试验数据及其分析处理  81-83
    5.3.3 工程陶瓷超声研抛粗糙度数学建模  83-85
  5.4 本章小结  85-86
6 工程陶瓷平板超声研抛表面微观形貌分析  86-98
  6.1 电镜试验流程  86-87
  6.2 研抛表面与磨削表面微观形貌对比  87-89
    6.2.1 试验条件  87
    6.2.2 试验结果  87-89
    6.2.3 试验结果分析  89
  6.3 超声振动对表面微观质量的影响  89-91
    6.3.1 试验条件  89
    6.3.2 试验结果  89-90
    6.3.3 试验结果分析  90-91
  6.4 研抛切深及研磨膏粒度对表面微观质量的影响  91-92
    6.4.1 试验条件  91
    6.4.2 试验结果  91-92
    6.4.3 试验结果分析  92
  6.5 陶瓷制备方法对表面微观质量的影响  92-95
    6.5.1 试验条件  92-93
    6.5.2 试验结果  93-95
    6.5.3 试验结果分析  95
  6.6 本章小结  95-98
7 总结与展望  98-100
  7.1 总结  98-99
  7.2 展望  99-100
参考文献  100-104
附录  104-105
致谢  105-106
详细摘要  106-108

工程陶瓷超精密平板研抛技术的研究

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