超声振动辅助磨削纳米复相陶瓷机理研究

发布时间：2017-10-04 11:19

  本文关键词：超声振动辅助磨削纳米复相陶瓷机理研究

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【摘要】：超声振动辅助磨削加工技术是加工纳米复相陶瓷材料的一种重要加工方法之一,具有重要的理论意义及应用前景。其中,由于磨粒切削轨迹的特殊性,超声振动辅助磨削在提高材料去除率、加工表面质量与降低磨削力方面具有一定优势。本文对多频率下轴向超声辅助磨削加工技术进行了系统的理论和实验研究,包括:超声振动磨削加工的运动学特性、表面形成机理与磨削力特性。主要研究内容如下:根据波动方程对声学系统进行设计计算,利用ANSYS有限元法进行优化,使其满足谐振频率,然后通过试验测试声学系统振动特性。建立超声振动辅助磨削单颗磨粒的运动学方程,并对不同频率和振幅对切削轨迹、磨粒与工件相对速度及加速度进行分析与仿真,仿真结果表明,振幅和频率影响了切削轨迹的宽度和长度且磨削轨迹为空间正弦曲线;振幅和频率越大,对相对速度和加速度的大小方向影响很大;在此基础上通过试验研究了不同频率的磨削表面,结果35kHz的超声振动辅助磨削表面粗糙度值低,质量较好。通过引入单位磨削力和平均截面面积得到超声振动磨削的切削变形力模型;根据磨削能力参数geC,给出摩擦系数模型;进而对不同频率下的磨削力进行试验研究。结果表明:工件施加超声振动磨削系数降低,35kHz下的超声振动摩擦系数降低的最明显;法向磨削力随磨削深度的增加呈上升趋势,随频率的增加呈下降趋势;三种频率下均使切削变形力降低率减小,相比而言,35kHz下切削变形率降低最明显。为了进一步研究超声振动对磨削表面的机理,通过建立二维超声振动磨削单颗磨粒的运动学方程,并进行仿真,结果表明:二维超声振动对磨粒产生更大的瞬时速度和加速度,增强超声振动软化作用,磨削力降低,延长砂轮寿命。
【关键词】：超声振动 运动学 表面形成机理 磨削力
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 超声振动辅助磨削加工技术的研究现状12-16
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.2.3 发展动态15-16
• 1.3 纳米复相陶瓷材料的简介16-17
• 1.3.1 ZTA纳米陶瓷材料微观结构特征16
• 1.3.2 ZTA纳米复相陶瓷的力学特性16-17
• 1.3.3 陶瓷力学性能的影响因素17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 2 超声振动磨削声学系统的建立19-31
• 2.1 超声振动磨削声学装置的整体结构19-20
• 2.2 超声变幅杆的优化设计20-29
• 2.2.1 超声变幅杆材料的选则21
• 2.2.2 变幅杆的理论设计计算21-22
• 2.2.3 基于ANSYS软件分析带工具头的变幅杆22-27
• 2.2.4 声学系统的振动试验27-29
• 2.3 本章小结29-31
• 3 超声振动辅助磨削运动学分析31-47
• 3.1 超声振动磨削单颗磨粒的运动学分析31-38
• 3.1.1 一维超声振动磨削单颗磨粒的运动学方程31-33
• 3.1.2 单颗磨粒弧长的分析与计算33-35
• 3.1.3 超声振动频率和振幅对单颗磨粒的相对运动速度和加速度的影响35-38
• 3.2 二维超声振动磨削陶瓷的运动学分析与仿真38-45
• 3.2.1 二维超声振动辅助磨削加工的运动学分析38-41
• 3.2.2 二维超声振动磨削单颗磨粒运动轨迹仿真41-42
• 3.2.3 二维超声振动频率和振幅对单颗磨粒的相对运动速度影响42-44
• 3.2.4 二维超声振动频率和振幅对单颗磨粒的加速度影响44-45
• 3.3 本章小结45-47
• 4 轴向超声振动辅助磨削力的研究47-59
• 4.1 建立磨削力的数学模型47-48
• 4.2 磨削摩擦力48-54
• 4.2.1 摩擦系数的数学模型48-49
• 4.2.2 磨削摩擦系数的测定试验49-50
• 4.2.3 不同频率的轴向超声磨削摩擦系数50-53
• 4.2.4 试验结果分析53-54
• 4.3 切削变形力的建立与试验54-57
• 4.3.1 切削变形力的理论模型54-56
• 4.3.2 切削变形力实验数据分析56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 5 轴向超声振动辅助磨削表面形成机理分析59-65
• 5.1 引言59
• 5.2 超声振动辅助磨削试验分析59-63
• 5.2.1 磨削试验条件59
• 5.2.2 多超声振动频率下工件表面质量分析59-61
• 5.2.3 超声振动频率对加工表面粗糙度的影响61-63
• 5.3 本章小结63-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 主要创新点65
• 6.3 展望65-67
• 参考文献67-71
• 作者简介71-73
• 学位论文数据集73

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本文编号：970360