学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

工程陶瓷超声磨削机理的研究

作　者: 张松
导　师: 原所先
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超声磨削工程陶瓷磨削力材料去除率
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 135次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着硬脆材料的应用涉及到科学技术的各个领域和日常生活中,工程陶瓷材料作为一种新的工程材料,越来越受到人们的重视。它具有高强度、高硬度、低密度、低膨胀系数以及耐磨、耐腐蚀、隔热、化学稳定性好等优良特性,已广泛应用于航天航空、石油化工、仪器仪表、机械制造及核工业等领域。然而正是这些优良特性使得其加工难度大、效率低而且成本高,因此它的广泛应用受到了限制。随着科学技术的发展,特种加工应运而生,并且得到了迅速发展。旋转超声加工作为特种加工的一种,已经成为加工陶瓷等硬脆材料的有效方法,目前对它的应用越来越广泛。它与传统的超声波加工相比,加工效率和加工表面质量大幅提高。针对工程陶瓷材料的难加工特性,本文采用超声振动与普通磨削加工相结合的方法,对超声磨削工程陶瓷的材料去除机理进行了研究。基于超声加工系统各组成部分的特点及系统配合连接方面的经验,本文设计了一种旋转超声振动磨削头。该磨削头结构简单,体积小,成本低,可安装在立式数控加工中心上,从而实现旋转超声磨削加工的目的。文中应用压痕断裂力学理论从理论上分析了陶瓷材料的磨削表面创成机理；对超声磨削的磨削机理进行了分析,发现在超声磨削加工中存在着多种作用,这几种作用是相辅相成、相互促进的；建立了超声磨削加工的运动学模型,研究了砂轮表面单颗磨粒相对工件的运动特点、运动轨迹,对相关几何参数进行了分析计算,并对超声磨削加工方式下,单颗磨粒与工件分离的临界条件进行了分析；建立了普通磨削和超声磨削时的材料去除率模型,根据该模型分析,在同样的磨削条件下,超声磨削的材料去除率大于普通磨削的材料去除率,而且其材料去除率随静载荷、磨粒直径、工作台速度、超声振动频率与振幅的增大而增大,随着材料断裂韧性和硬度的增大而减小；根据磨削力数学模型,磨削力的仿真结果表明：磨削力随着磨削深度和工件速度的增加基本呈上升的趋势,随着砂轮速度的增加呈降低的趋势,但砂轮速度的增加减弱了超声振动对磨削力的影响；在相同加工参数下,旋转超声磨削的磨削力比普通磨削的磨削力要小。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 工程陶瓷材料简介  11-14
    1.1.1 工程陶瓷材料的结构  11-12
    1.1.2 工程陶瓷的性能  12-13
    1.1.3 工程陶瓷的应用  13
    1.1.4 工程陶瓷的缺陷  13-14
  1.2 工程陶瓷加工方法概述  14-16
    1.2.1 工程陶瓷的机械加工  14
    1.2.2 ELID磨削加工  14-15
    1.2.3 高压磨料水加工  15
    1.2.4 工程陶瓷的超吉加工  15
    1.2.5 激光加工  15-16
    1.2.6 工程陶瓷的复合加工  16
  1.3 超声磨削研究现状与技术发展  16-18
    1.3.1 超声磨削技术研究现状  17
    1.3.2 超声磨削技术发展  17-18
  1.4 超声波加工机床的发展及存在的问题  18-19
  1.5 课题的来源及研究的目的和意义  19-21
    1.5.1 课题来源  19-20
    1.5.2 课题研究的目的和意义  20-21
  1.6 本文的主要研究内容  21-22
第2章超声波加工技术理论分析  22-34
  2.1 超声波及其特性  22-26
    2.1.1 超声波的概念  22
    2.1.2 超声波的特性  22-26
  2.2 超声波加工的应用与发展  26-29
    2.2.1 超声波加工的原理  26-27
    2.2.2 超声波加工的特点  27
    2.2.3 超声波加工的应用  27-28
    2.2.4 超声波加工技术的发展  28-29
  2.3 超声波加工的基本工艺规律  29-33
    2.3.1 影响材料去除率的因素  29-31
    2.3.2 影响超声波加工精度的因素  31-32
    2.3.3 影响超声加工表面质量的因素  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章超声磨削机床总体设计  34-45
  3.1 超声磨削机床的整体结构  34-35
  3.2 超声磨削机床整体设计注意事项  35-36
  3.3 超声磨削机床的整体结构设计  36-44
    3.3.1 超声波发生器  37-38
    3.3.2 超声磨削机床主轴传动设计  38-40
    3.3.3 超声磨削头基本结构的确定  40-43
    3.3.4 超声磨削头的匹配设计要求  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章超声磨削头声学系统的设计  45-58
  4.1 超声换能器  45-47
  4.2 变幅杆的设计  47-55
    4.2.1 变幅杆概述  47-49
    4.2.2 变幅杆材料的选择  49-50
    4.2.3 变幅杆类型的选择  50-51
    4.2.4 带有工具头的圆锥形变幅杆的各参数计算  51-55
  4.3 变幅杆与换能器的连接  55
  4.4 工具设计  55-56
    4.4.1 超声磨削系统的工具选择要求  55-56
    4.4.2 工具磨损的影响因素和降低磨损的方法  56
  4.5 本章小结  56-58
第5章超声磨削机理的分析  58-84
  5.1 陶瓷材料的普通磨削机理  58-64
    5.1.1 压痕和裂纹产生与扩展  59-61
    5.1.2 单颗磨粒最大切深模型  61-62
    5.1.3 单颗磨粒切深对陶瓷材料磨削表面形成的影响  62-64
  5.2 超声磨削加工陶瓷材料的去除机理  64-65
  5.3 超声磨削的运动学分析  65-69
    5.3.1 单颗磨粒的运动轨迹及接触长度  66-67
    5.3.2 单颗磨粒磨削模型  67-68
    5.3.3 平均切屑断面积  68
    5.3.4 超声磨削临界速度  68-69
  5.4 超声磨削的材料去除率的数学模型  69-71
    5.4.1 超声磨削的材料去除率建模  69-71
    5.4.2 去除率模型关系的验证  71
  5.5 超声磨削的磨削力的数学模型  71-78
    5.5.1 切削变形力  72-74
    5.5.2 摩擦力  74-77
    5.5.3 磨削力  77-78
  5.6 超声磨削磨削力的MATLAB仿真  78-83
    5.6.1 磨削用量对磨削力的影响  79-81
    5.6.2 超声对磨削力的影响  81-83
  5.7 本章小结  83-84
第6章结论与展望  84-86
  6.1 本文工作结论  84-85
  6.2 后续工作展望  85-86
参考文献  86-90
致谢  90

工程陶瓷超声磨削机理的研究

内容摘要

全文目录

相似论文