磨粒有序排布砂轮超声辅助磨削技术研究

摘要

超声辅助磨削集传统磨削加工与超声加工于一体，可降低磨削力、砂轮磨损并改善加工质量，是一种适合先进陶瓷及其复合材料的复合加工技术。然而该技术尚存在超声作用机理、磨削工艺范围不明确等问题，因此仍是今后较长时期的热点研究领域。本文开展了SiC与C/SiC复合材料的超声辅助磨削试验，研制了磨粒有序排布的金刚石砂轮，并分析了其磨削性能。主要研究工作包括：
　　（1）研究了超声振动方向与加工表面的关系、磨削用量对超声辅助磨削效果的影响，分析了超声振动方向平行于加工表面时烧结金刚石砂轮超声辅助磨削改善加工表面轮廓高度的均匀性，在此基础上提出了磨粒无序分布砂轮及其磨削工艺与超声辅助磨削性能匹配性较差这一问题。研究了烧结金刚石砂轮超声辅助磨削时的磨损特征，讨论了磨损特征对超声辅助磨削过程的影响。
　　（2）针对超声振动方向平行于磨削加工表面的情况，在超声辅助磨削运动学分析及单颗磨粒磨削试验的基础上，提出了超声辅助磨削砂轮磨料层理想的磨粒排布方式，建立了具有这种磨粒排布方式的砂轮超声辅助磨削时单颗磨粒切厚的表达式，为实现超声辅助磨削加工时材料去除方式的主动控制奠定了基础。
　　（3）综合考虑机床条件、超声振动能量输出、发热现象、振动噪声等方面并结合ANSYS模态分析及超声振动性能测试结果，选定了合适的超声辅助磨削砂轮的基体材料，设计了砂轮基体结构及尺寸，并采用钎焊技术制作了适用于超声辅助磨削的磨粒有序排布金刚石砂轮。
　　（4）开展了磨粒有序排布钎焊金刚石砂轮超声辅助磨削加工SiC陶瓷的研究，通过对超声辅助磨削力、加工表面三维形貌、表面/亚表面微观形貌、表面粗糙度、砂轮磨损的分析，对磨粒有序排布钎焊砂轮的超声辅助磨削性能进行了评价。最后进行了C/SiC复合材料的钎焊金刚石砂轮超声辅助磨削试验，研究了超声辅助磨削时的表面损伤形式与形成机理，探讨了加工表面形貌、表面粗糙度、亚表面损伤随磨削用量变化的规律。

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注释表

第一章 绪 论

1.1 先进陶瓷及其复合材料的应用与加工技术

1.2 先进陶瓷及其复合材料超声辅助磨削研究现状

1.3磨粒有序排布砂轮超声辅助磨削技术研究构想

1.4 论文拟开展的主要研究内容

第二章 烧结金刚石砂轮超声辅助磨削碳化硅陶瓷试验研究

2.1 试验条件与方法

2.2 磨削力与力比

2.3 已加工表面形貌

2.4 表面粗糙度

2.5 烧结金刚石砂轮的磨损

2.6 本章小结

第三章 超声辅助磨削运动学研究与砂轮磨料层设计

3.1 超声辅助磨削运动学分析

3.2 单颗磨粒磨削试验

3.3 超声辅助磨削砂轮磨料层的排布设计

3.4 超声辅助磨削单颗磨粒最大切厚

3.5 小结

第四章 超声辅助磨削砂轮的基体设计与制作

4.1 模态分析简介

4.2 砂轮基体材料

4.3 砂轮基体设计及制作

4.4 钎焊金刚石砂轮制作

4.5 本章小结

第五章 磨粒有序排布砂轮超声辅助磨削性能研究

5.1 试验条件与方法

5.2 磨粒有序排布砂轮超声辅助磨削SiC陶瓷试验

5.3 磨粒有序排布砂轮超声辅助磨削C/SiC复合材料试验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文取得的主要成果

6.2 主要创新点

6.3 进一步研究工作设想

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文