摇摆式平面研磨方式下陶瓷球研磨技术的研究

作     者：叶程 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁巨龙

授予年度：2012年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：氮化硅毛坯球 摇摆式平面研磨 材料去除率 圆度偏差 

摘      要：氮化硅陶瓷球以其优异的性能,已广泛应用于各种高精度、高转速机床,汽车、赛车、地铁、电机、航空发动机、石油化工机械、冶金机械等领域,然而氮化硅材料极硬,非常难加工,到目前为止还无法实现高效批量加工。由于该球坯在粗磨阶段需要去除95%的加工余量,因此提高粗磨效率就能在很大程度上提高整个加工效率。本文提出了摇摆式平面研磨方法对氮化硅毛坯球进行高效粗磨加工,可运用固着磨料对氮化硅硬质球坯进行研磨加工,获得较高的加工效率;并且该方式通过对氮化硅软质球坯进行精整加工可进一步提高效率。两种加工方式都能够快速去除加工余量,缩短粗磨加工时间。其中,氮化硅硬质球坯与软质球坯分别为全烧结球坯与预烧结球坯。本文主要研究内容如下：1.分析了摇摆式平面研磨装置工作原理以及装置构成。该装置主要通过下盘旋转运动和上盘摆动运动来驱动球坯运动,通过下盘与球坯之间的摩擦力来实现球坯表面材料去除。该装置主要由研磨盘、研磨盘驱动系统、加压系统、摆动系统和研磨液循环系统构成。2.对球坯进行了运动学分析,建立了球坯自转角运动方程,并且用MATLAB软件对自转角变化情况进行了分析,证明了自转角能够在[-π/2～π/2]之间均匀变化。用ADAMS软件建立球坯研磨过程中的动力学模型,仿真球坯表面研磨轨迹,并分析研磨压力、上下盘转速比因素对研磨轨迹分布的影响。3. 分别以函13mm预烧结球坯与Φ10mm全烧结球坯作为研究对象,设计两个加工实验。通过单因素实验法对两个加工实验的工艺参数(研磨压力、上下盘转速比)分别进行了优化,根据实验结果可得到较小研磨压力适用于预烧结球坯,较大研磨压力适用于全烧结球坯;上下盘转速比为3.3时,两种球坯都可获得较好圆度。对预烧结球坯加工比对全烧结球坯加工可获得更高的研磨效率。本文提出的摇摆式平面研磨方式对氮化硅毛坯球加工,极大的提高了加工效率,解决了加工难的难题,对氮化硅陶瓷球的进一步广泛利用具有重要意义。