陶瓷型面的數(shù)控展成蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削技術(shù)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、工程陶瓷由于其優(yōu)良的物理力學(xué)性能在切削工具、汽車、航空航天及儀器儀表等諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。但由于陶瓷材料同時(shí)具有高硬度、高脆性和低斷裂韌性等特點(diǎn)，是典型的難加工材料。特別是陶瓷材料的成形加工是長(zhǎng)期以來希望解決、而至今仍未解決好的難題。而使用陶瓷材料來制造發(fā)動(dòng)機(jī)上某些關(guān)鍵零部件以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，是當(dāng)前發(fā)達(dá)國家的研究重點(diǎn)之一。本文為解決陶瓷整體葉輪的加工難題，研究探索一種類似于數(shù)控仿形側(cè)銑加工的陶瓷葉片型面超聲磨削加工技術(shù)，即陶瓷

2、型面的數(shù)控展成蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容包括： (1)對(duì)實(shí)驗(yàn)室原超聲磨削型面加工機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)以提升其性能，為后續(xù)試驗(yàn)提供可靠的試驗(yàn)平臺(tái)。新增設(shè)了電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)和磨輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)超聲振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)磨削過程平穩(wěn)、磨輪定位準(zhǔn)確且磨輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定可控。簡(jiǎn)要介紹了各單元的功能和設(shè)計(jì)過程。 (2)對(duì)超聲加工聲學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件——階梯形變幅桿進(jìn)行了仿真分析研究?？紤]到一方面依理論設(shè)計(jì)的變幅桿其性能參數(shù)并不能完全

3、滿足試驗(yàn)要求，另一方面變幅桿在工程應(yīng)用中存在的特殊結(jié)構(gòu)(如過渡圓弧、匹配長(zhǎng)度、法蘭盤和螺紋孔等)會(huì)造成其性能參數(shù)的改變，而利用解析法難以對(duì)此求解。論文通過模態(tài)分析解決了這一難題，研究了過渡圓弧半徑、匹配長(zhǎng)度和連接部件等對(duì)階梯形變幅桿諧振頻率、位移節(jié)點(diǎn)和放大系數(shù)的影響規(guī)律，并根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果設(shè)計(jì)了變幅桿。對(duì)實(shí)際變幅桿利用高頻掃描激光測(cè)振系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)特性測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果與模態(tài)分析結(jié)果基本吻合，偏差在2.1％以內(nèi)，表明模態(tài)分析結(jié)果可信。

4、 (3)對(duì)蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削加工技術(shù)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了研究。首先分析了陶瓷材料延性域磨削加工的可行性，基于壓痕斷裂力學(xué)理論，探討了陶瓷材料延性域超聲磨削機(jī)理，并給出了延性域超聲磨削的臨界條件。然后從理論上分析了陶瓷材料蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削時(shí)去除材料所需的靜載荷模型。該模型表明：當(dāng)整個(gè)磨輪完全切入陶瓷材料后，在超聲振動(dòng)的作用下，將造成其磨削力降低，這將有利于陶瓷葉片型面數(shù)控展成蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削加工的順利進(jìn)行。通過分析單個(gè)磨粒的磨削參數(shù)，從理論上分

5、析了利用小直徑磨輪進(jìn)行蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削的加工過程，給出了蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削加工過程中磨粒的最大磨削厚度、磨輪一轉(zhuǎn)中磨粒的磨削弧長(zhǎng)和扇形凹口高度的理論計(jì)算公式。 (4)利用小直徑磨輪進(jìn)行了Al2O3陶瓷材料蠕動(dòng)磨削試驗(yàn)，對(duì)比研究了超聲和機(jī)械磨削中磨削參數(shù)對(duì)表面粗糙度和材料去除率的影響。采用小直徑磨輪進(jìn)行蠕動(dòng)磨削時(shí)，超聲磨削和機(jī)械磨削存在不同之處，從理論上給予了解釋。深入研究表明，給工件施加一個(gè)附加的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)后，可以顯著降低加工表面粗