納米復(fù)相陶瓷二維超聲振動(dòng)輔助磨削機(jī)理及其表面質(zhì)量研究.pdf

1、由于目前工程應(yīng)用對(duì)陶瓷材料的要求日益苛刻，單相材料越來(lái)越難以滿足其使用要求，故而使納米復(fù)相陶瓷成為陶瓷材料領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。但由于其對(duì)表面微觀缺陷敏感、生產(chǎn)效率低、加工成本高等特點(diǎn)限制了其在高新高端技術(shù)的廣泛應(yīng)用。本文以納米復(fù)相陶瓷增強(qiáng)增韌機(jī)理、超聲振動(dòng)理論、斷裂力學(xué)、宏微觀力學(xué)等為理論基礎(chǔ)，分別從納米氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷在二維超聲振動(dòng)輔助磨削條件下的表面創(chuàng)成機(jī)理、材料去除機(jī)理及其表面微觀質(zhì)量等方面展開(kāi)研究，從微觀角度系統(tǒng)地研究了二維

2、超聲振動(dòng)激勵(lì)對(duì)ZTA納米復(fù)相陶瓷加工特性的影響規(guī)律，揭示ZTA納米復(fù)相陶瓷在二維磨削中所表現(xiàn)出的高效精密加工特性，為納米復(fù)相陶瓷的二維磨削高效精密加工新方法的推廣奠定理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容如下： ⑴以ZTA納米復(fù)相陶瓷為加工對(duì)象，提出一種單驅(qū)動(dòng)二維超聲振動(dòng)輔助金剛石砂輪磨削技術(shù)，通過(guò)機(jī)械阻抗綜合法研究該系統(tǒng)的組合共振問(wèn)題，分析該系統(tǒng)對(duì)超聲激勵(lì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況，并通過(guò)試驗(yàn)獲取了該系統(tǒng)的振動(dòng)特性?；诔曊駝?dòng)理論，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析新型

3、磨削系統(tǒng)在二維超聲振動(dòng)的激勵(lì)下產(chǎn)生的工件質(zhì)點(diǎn)及單顆磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡特征，首次建立二維磨削單顆磨粒切削軌跡方程，定義了單顆磨粒與工件的螺旋式切削軌跡，給出了單顆磨粒切入切出工件的時(shí)間、超聲在切削區(qū)內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)，切削弧長(zhǎng)及超聲振動(dòng)臨界頻率條件，發(fā)現(xiàn)了二維磨削具有一次切削多次光磨，磨削溝槽寬化及磨削表面未切除材料痕跡尺寸變小的特點(diǎn)，并最終確立了二維磨削表面創(chuàng)成機(jī)理。 ⑵以壓痕斷裂力學(xué)、塑性加工理論為基礎(chǔ)，建立了二維磨削單顆磨粒切削模型，給

4、出單顆磨粒臨界切削厚度，并對(duì)磨削過(guò)程脆塑性去除機(jī)理進(jìn)行分析，基于二維超聲振動(dòng)條件下單顆磨粒臨界切削厚度模型，給出二維磨削陶瓷脆塑轉(zhuǎn)變臨界條件，建立脆塑兩種情況下高效材料去除率模型，并通過(guò)試驗(yàn)得知相同磨削參數(shù)下，二維磨削材料去除是普通磨削的2～3倍。 ⑶基于沖擊斷裂力學(xué)，振動(dòng)切削理論及普通磨削磨削力模型，建立二維超聲振動(dòng)輔助磨削過(guò)程中的磨削力數(shù)學(xué)模型，從磨削力特性對(duì)二維超聲輔助磨削技術(shù)的加工特性進(jìn)行解釋，并通過(guò)試驗(yàn)分析了二維超聲振

5、動(dòng)及磨削加工參數(shù)對(duì)磨削力及其力比的影響規(guī)律。 ⑷通過(guò)二維磨削ZTA納米復(fù)相陶瓷表面粗糙度單因素試驗(yàn)討論不同加工參數(shù)及二維超聲振動(dòng)對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律。基于自適應(yīng)模糊神經(jīng)推理系統(tǒng)(ANFIS)構(gòu)建了ZTA納米復(fù)相陶瓷磨削表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型，通過(guò)各加工參數(shù)間復(fù)雜的非線性問(wèn)題的處理，獲得近似實(shí)際加工結(jié)果的輸出值，預(yù)測(cè)精度可達(dá)到81.25％。根據(jù)自適應(yīng)模糊推理預(yù)測(cè)模型形成的模糊規(guī)則曲面得出四個(gè)輸入項(xiàng)對(duì)ZTA納米復(fù)相陶瓷磨削表面粗糙度

6、的影響程度，由大到小依次是砂輪粒度，磨削方式(二維磨削或普通磨削)、磨削深度、軸向進(jìn)給量、工作臺(tái)速度。 ⑸基于掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射、白光干涉儀等測(cè)試技術(shù)探索性地討論ZTA納米復(fù)相陶瓷二維磨削表面/亞表面損傷特征，研究ZTA納米復(fù)相陶瓷二維磨削過(guò)程中應(yīng)力誘發(fā)氧化鋯馬氏體相變程度，以及由此引起的磨削表面殘余應(yīng)力的變化規(guī)律，從微觀角度研究超聲激勵(lì)下磨削表面微裂紋的成核、生長(zhǎng)和擴(kuò)展規(guī)律以及變質(zhì)層的分布，指出與普通磨削相比，二維