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作者：冷冰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光学玻璃为硬脆材料,磨削加工中产生的表面/亚表面损伤对光学玻璃的机械强度和光学性能造成严重影响。目前对硬脆材料磨削机理及亚表面裂纹的研究大多是基于准静态加载条件和压痕断裂力学,并未考虑砂轮上金刚石磨粒冲击效应对材料去除... 详细信息

光学玻璃为硬脆材料,磨削加工中产生的表面/亚表面损伤对光学玻璃的机械强度和光学性能造成严重影响。目前对硬脆材料磨削机理及亚表面裂纹的研究大多是基于准静态加载条件和压痕断裂力学,并未考虑砂轮上金刚石磨粒冲击效应对材料去除及损伤的影响。本文研究了典型的K9光学玻璃材料,以材料准静态特性为基础,考虑冲击过程中材料动态特性和刻划损伤特性,系统分析了冲击效应对磨削过程加工的影响规律,并提出了光学玻璃亚表面裂纹预测模型。本文首先对K9光学玻璃试件进行维氏压痕实验。根据材料特性、加载载荷及压痕特征尺寸,利用半经验公式计算了材料的硬度和断裂韧性值。采用分离式霍普金森压杆装置对K9光学玻璃试件进行冲击实验,得到了材料在不同应变率下的动态力学性能、材料破碎形式,分析了冲击过程中应变率效应对材料性能的影响。其次,对K9光学玻璃试件进行单颗粒金刚石的准静态和动态冲击刻划实验。通过检测刻划后试件的表面及亚表面形貌,对比了动态冲击刻划与准静态刻划的不同。分析了不同刻划参数对磨削力及表面和亚表面损伤的影响规律,建立了刻划过程中动态冲击效应大小评价标准,得出了冲击效应对刻划力及裂纹深度的影响规律。最后,对K9光学玻璃试件进行磨削实验。通过检测磨削后试件表面和亚表面裂纹形貌,分析了不同冲击效应下磨削力及亚表面裂纹的变化规律,提出了有关磨削参数和表面粗糙度的K9玻璃磨削亚表面裂纹深度预测模型,根据亚表面损伤深度的检测结果验证了理论模型的正确性。

关键词：光学玻璃单颗粒刻划磨削冲击效应表面/亚表面裂纹

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纳米陶瓷超声振动磨削表面/亚表面损伤机理研究

纳米陶瓷超声振动磨削表面/亚表面损伤机理研究

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作者：孔令志河南理工大学

学位级别：硕士

由于陶瓷材料具有机械强度高、耐磨、耐热、耐腐蚀、不导电、化学稳定性好等优良特性,使其在航天航空、化工等领域有着十分广阔的应用前景。磨削作为硬脆材料常用的加工手段被广泛应用于陶瓷材料的精加工之中。但传统的磨削方式加工效率... 详细信息

由于陶瓷材料具有机械强度高、耐磨、耐热、耐腐蚀、不导电、化学稳定性好等优良特性,使其在航天航空、化工等领域有着十分广阔的应用前景。磨削作为硬脆材料常用的加工手段被广泛应用于陶瓷材料的精加工之中。但传统的磨削方式加工效率低,加工成本高,且表面质量较差。超声振动磨削技术的引入大大提高了陶瓷材料的加工效率,降低了加工成本。由于陶瓷材料的高硬度和高脆性,其在加工过程中表面易留下加工损伤,如表面/亚表面裂纹、表面破碎、表面粉碎以及残余应力等,上述加工损伤的存在将严重影响陶瓷工件的疲劳寿命及使用安全。为此本文从陶瓷材料磨削的表面完整性、表面/亚表面裂纹的成核及其扩展过程和表面残余应力等方面对超声振动磨削陶瓷表面/亚表面损伤机理进行了深入研究。从微观角度揭示了超声振动对陶瓷材料表面/亚表面损伤的形成机理,为陶瓷材料的高效、精密无损加工提供理论依据。本文主要研究内容如下:1.分析了陶瓷材料的去除机理,并对超声磨削陶瓷表面损伤进行了实验研究。研究表明超声振动磨削可以在较大切深范围内实现材料的塑性域磨削,从而可以在提高加工效率的同时有效降低工件的磨削损伤。而普通磨削则在较小磨削深度时就已经出现表面破碎等表面损伤。2.根据压痕断裂力学相关理论分析了超声磨削应力场,并在此基础上对超声振动磨削时裂纹成核及扩展机理做了详细讨论。分析表明超声磨削过程中磨削应力场是一个高频交变应力场,该交变应力场将加速材料的疲劳断裂,同时该交变应力场将促使裂纹向自由表面扩展,从而阻止裂纹向工件内部扩展,降低亚表面裂纹损伤。3.分析了超声振动磨削表面残余应力的形成机理。由于超声振磨削较普通磨削具有更大切深范围的延性域,所以超声磨削时材料更易于以塑性去除方式去除,而塑性去除将会使工件表面形成残余压应力。而普通磨削多以脆性方式去除,表面易形成破碎,材料的破碎去除将释放掉部分表面残余应力。故相同磨削条件下,超声磨削表面残余压应力要大于普通磨削。实验表明两种磨削方式下磨削表面皆为残余压应力。

关键词：纳米复相陶瓷超声振动磨削表面质量磨削损伤表面/亚表面裂纹表面/亚表面损伤

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