超声辅助磨削碳化硅铝基复合材料—砂轮磨损与砂轮堵塞机理的试验研究

摘要

SiC颗粒含量50％以上的高体积分数碳化硅铝基复合材料（SiCp/Al）不仅具有高比模量、低膨胀系数等优异性能，而且在热导率、密度、热变形系数等关键性指标上都优于一般的材料，并且在航天和军事领域得到了广泛的应用。但是由于高体积分数的碳化硅铝基复合材料的硬度非常高，所以这种复合材料在机械加工方面的困难非常大，这成为制约这种复合材料广泛应用的主要原因之一。常规的机械加工方法已不能满足对复合材料的加工要求，所以对复合材料精密加工技术以及加工设备的研究具有实际的意义。
　　本文通过将旋转超声振动技术与普通磨削技术相结合，对旋转超声装置，砂轮堵塞机理，砂轮磨损机理及与磨削力的关系进行实验分析与研究。通过对阶梯形变幅杆的设计和参数的优化，以及对砂轮连接方式的实验优化，建立了稳定的声学振动系统，并确定了砂轮伸出弹簧卡头端面的距离，减少了弹簧卡头的发热和超声振动能量的损失。根据加工材料的特性，选择树脂结合剂砂轮，并确定了砂轮的形式为分块式，在三轴联动立式数控加工中心上（型号：VMC850E）完成对磨削实验平台的搭建。依据先前学者提出的卧轴式平面磨削磨削力的数学模型，分析了单颗磨粒的受力形式，并推导出了在超声辅助磨削条件下磨粒受到的磨削力的公式模型。
　　通过对实验现象和实验结果分析得出：超声辅助磨削与普通磨削的砂轮磨损形式基本上是一致的。但是在相同磨削参数下，超声辅助磨削条件下砂轮的磨损量比普通磨削条件下大大减少。通过正交实验表明，砂轮进给速度对砂轮堵塞体积量的变化影响最大，并得到磨粒粒度180＃砂轮在超声辅助磨削条件下的最优磨削参数。随着砂轮磨损量和磨损面积的增加，磨削力也不断增加，当磨削深度为0.015mm时砂轮表面的磨损量和砂轮的磨损面积都大幅度的增加，同时在磨削过程中实际的磨削力上升趋势有所减缓。研究结果表明：若要使超声辅助磨削成为加工碳化硅铝基复合材料的一种高效方法，对其磨削参数、磨粒粒度及磨削方式的优化是必不可少的条件。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1课题来源

1.2本课题选题依据

1.3碳化硅铝基复合材料的发展状况

1.4超声加工技术及其发展

1.5砂轮磨损研究现状

1.6砂轮堵塞研究的现状

1.7本课题研究内容

2.旋转超声辅助磨削实验平台的研制

2.1概述

2.2旋转超声磨削装置

2.3超声波发生器

2.4非接触式能量传输系统

2.5换能器的选型

2.6变幅杆的设计及优化

2.7砂轮的选择

2.8砂轮的修整

2.9旋转超声辅助磨削装置的装配

2.10旋转超声辅助磨削系统的测试

2.11本章结论

3.砂轮磨损和砂轮堵塞实验及分析

3.1概述

3.2砂轮磨损机理分析

3.3砂轮磨损实验分析

3.4砂轮堵塞实验分析与研究

3.5本章小结

4.超声振动磨削力与砂轮磨损的关系研究

4.1概述

4.2砂轮的有效磨粒数

4.3磨屑厚度

4.4卧轴平面磨削磨削力的数学模型

4.5超声辅助下杯型砂轮磨削力的数学模型

4.6磨削力实验研究

4.7本章小结

5.结论与展望

5.1本文总结

5.2主要创新点

5.3展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集