微晶云母陶瓷超声磨削深小孔表面质量的研究

作     者：王致远 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董国军

授予年度：2018年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 07[理学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：微晶云母陶瓷 深小孔 超声振动磨削 去除机制 磨削力 表面质量 

摘      要：随着科技的快速发展,陶瓷材料由于具有硬脆的难加工特性一直是机械加工的难点问题。对小直径的深孔加工来说,生产效率低和加工后孔的表面质量差限制了其在国防和航空航天领域的发展。超声振动磨削技术(Ultrasonic Vibration Grinding,UVG)是一种将传统磨削加工与超声振动加工结合在一起的新方法,具有切削力小、切削温度低等技术优势,适于陶瓷等难加工材料的加工。开展微晶云母陶瓷深小孔的超声振动磨削去除及表面质量的研究,对推动该材料在航空航天国防领域中的发展和陶瓷材料深小孔加工的应用,具有重要意义。微晶云母陶瓷独特的机械物理力学性质是影响其加工性能的关键因素。本文将研究微晶云母陶瓷的材料去除机制,动静态载荷对塑脆性去除转换的临界载荷和深度的影响,切削参数对刻划力、表面形貌的影响;建立磨削力的数学模型和多元回归模型,分析工艺参数对磨削力的影响规律和程度;最后对深小孔入孔表面圆度误差进行评定,对加工表面粗糙度信息进行了提取,分析磨削参数对加工表面质量的影响。本文首先采用楔形划擦划痕实验方法,对比有无超声振动作用下实际加工过程中材料的去除情况和磨削力变化规律。利用有限元软件LS-DYNA建立了微晶云母陶瓷材料的磨粒加工模型,仿真分析了超声振动对材料加工质量的影响。划痕实验和仿真结果表明,超声振动辅助加工有利于提高加工效率和加工表面质量。其次,根据超声振动磨削磨粒的的加工特性,联立理论和实际的材料去除率方程,建立了超声磨削深小孔的磨削力数学模型。设计单因素和正交试验并通过小波变换对磨削力数据进行降噪处理,取深度最大的磨削力值作为研究对象。研究表明,超声振动能大大降低磨削力并随超声功率和主轴转速增大而减小,随着进给速度增大而增大,影响程度按从大到小的规律依次为主轴转速、超声功率、进给速度。最后,对深小孔的表面质量进行了研究,通过数字化图像处理技术对深小孔入孔表面进行滤波和轮廓提取并采用最小区域法评定了圆度误差,通过单因素和正交试验分析工艺参数对圆度误差的影响规律;在对孔表面进行宏观轮廓分析的基础上对深小孔表面粗糙度的影响因素进行了分析,结果表明,增加主轴转速和超声功率,降低进给速度的方法能降低深小孔的表面粗糙度,超声振动能显著改善陶瓷深小孔的加工质量。