預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、工程陶瓷由于具有高強(qiáng)度、抗腐蝕、耐熱、耐磨損等優(yōu)越的性能，在航空航天、機(jī)械、汽車、電子等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，陶瓷零部件的加工也不斷向高效率、超精密等方向發(fā)展。然而，由于陶瓷材料本身的高硬度和高脆性，采用傳統(tǒng)的磨削加工難以避免產(chǎn)生加工損傷，如表面/亞表面裂紋，粉末化層、殘余應(yīng)力等，這將影響材料表面的性能，降低材料的強(qiáng)度，甚至導(dǎo)致陶瓷零部件的提前失效。此外，磨削加工效率低，其成本達(dá)到了整個(gè)加工成本的90％以上。因此，

2、如何實(shí)現(xiàn)工程陶瓷高效、低損傷加工一直是研究的重要課題。本文提出了一種工程陶瓷的預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)的加工方法。主要研究工作內(nèi)容如下：
　　基于壓痕斷裂力學(xué)和陶瓷材料斷裂力學(xué)理論，對(duì)預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)加工機(jī)理進(jìn)行了理論分析。建立了預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)加工切削力與切削深度之間數(shù)學(xué)關(guān)系，以及在塑性和脆性去除下材料去除率的數(shù)學(xué)模型。
　　搭建了預(yù)壓應(yīng)力超聲振動(dòng)壓痕/劃痕實(shí)驗(yàn)裝置。重點(diǎn)對(duì)超聲變幅桿進(jìn)行了設(shè)計(jì)，首先采用波動(dòng)理論確定超

3、聲變幅桿特征參數(shù)的解析值，進(jìn)而采用有限元ANSYS軟件中進(jìn)行驗(yàn)證，優(yōu)化，最后對(duì)變幅桿進(jìn)行制造和調(diào)試。
　　進(jìn)行了預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕實(shí)驗(yàn)的研究。分別觀察和分析預(yù)壓應(yīng)力，超聲振動(dòng)，預(yù)壓應(yīng)力和超聲振動(dòng)共同作用對(duì)工程陶瓷表面和亞表面裂紋擴(kuò)展，劃痕溝槽的寬度和深度、壓痕法向載荷、劃痕切削力、振動(dòng)信號(hào)的影響等。
　　進(jìn)行了預(yù)壓應(yīng)力下超聲振動(dòng)劃痕壓頭磨損實(shí)驗(yàn)的研究。從壓頭的磨損形貌、切削力、振動(dòng)信號(hào)三個(gè)方面闡述了超聲振動(dòng)

4、、預(yù)壓應(yīng)力對(duì)壓頭磨損的影響?；贛atlab小波變換對(duì)加工工件的表面質(zhì)量及壓頭磨損規(guī)律進(jìn)行了分析。
　　采用離散元軟件PFC2D對(duì)預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)壓痕和劃痕進(jìn)行了離散元模擬。研究了預(yù)壓應(yīng)力，超聲振動(dòng)，預(yù)壓應(yīng)力和超聲振動(dòng)共同作用下對(duì)工程陶瓷壓/劃痕的裂紋擴(kuò)展，以及壓痕法向力，劃痕切削力，應(yīng)力的影響等。
　　從本文理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三個(gè)角度所得出的研究結(jié)果可以看出，預(yù)壓應(yīng)力下工程陶瓷超聲振動(dòng)加工能有效地增大材