非稳态磨削技术理论及其在工程陶瓷精密加工过程中的应用

摘要

传统的陶瓷材料磨削理论以金刚石单颗磨粒的刻划实验为基础,总结了利用金刚石砂轮磨削工程陶瓷过程中的脆性去除和延性域去除等特点,分析了磨削机理并建立了磨削模型.而非稳态磨削技术的加工机理和加工模型则与传统的金刚石砂轮的加工机理及加工模型截然不同.通过测量普通砂轮磨削过程中磨削力和比磨削力的变化,观察不同磨削次数下的陶瓷材料的表面粗糙度曲线,作者认为应用非稳态磨削技术超精密加工工程陶瓷的磨削过程可以分为三个阶段：碰撞断裂和挤压破碎作用为主的加工阶段;微刃切削和滑擦、碾压作用为主的加工阶段以及摩擦作用为主的加工阶段.同时需要指出的是,由于非稳态磨削的根本特点,即普通砂轮的磨粒存在着快速破碎磨损的现象,使得单次修整的普通砂轮的反复光磨并不能实现工程陶瓷材料超精密磨削效果,因此普通砂轮的多次修整也是实现非稳态超精密磨削加工的一个必要条件.根据实验所测得的数据对工程陶瓷Si<,3>N<,4>材料外圆磨削过程中的磨削力和比磨削力进行评估,利用科学计算语言Matlab中的数据处理工具包实现在Matlab环境中的数据采集、频谱分析以及滤波处理,最后分别得到金刚石砂轮和普通砂轮的磨削力和比磨削力的准确数据.然后利用回归分析的方法建立磨削用量与磨削力之间的函数关系并将这些函数关系反映到时域中从而体现陶瓷材料在磨削过程中的磨削力以及比磨削力的变化趋势.实验结果表明,相对于磨削力、比磨削力的大小和变化趋势以及已加工表面质量而言,利用普通砂轮实现工程陶瓷超精密磨削的加工过程与传统的工程陶瓷磨削理论存在着很大差异.上述实验结果很好地验证了非稳态磨削理论.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1磨削技术概论

1.1.1磨削技术发展概况

1.1.2磨削加工方法分类

1.1.3磨削技术的发展趋势

1.2工程陶瓷磨削技术的研究进展

1.2.1陶瓷概述

1.2.2工程陶瓷的主要加工方法

1.2.3工程陶瓷磨削模型、磨削机理的研究进展

1.3本文研究内容及意义

第二章非稳态磨削技术理论及其断裂力学特征分析

2.1引言

2.2传统的磨削技术理论

2.3非稳态磨削技术理论

2.3.1工程陶瓷超精密磨削加工中的特殊现象

2.3.2非稳态磨削技术的定义和主要特征

2.3.3非稳态磨削技术的理论分析

2.4本章小结

第三章工程陶瓷非稳态加工的加工机理和加工模型

3.1引言

3.2影响非稳态加工过程的主要因素

3.2.1磨削用量对加工过程的影响

3.2.2磨削液对加工过程的影响

3.2.3磨料粒度对加工过程和表面粗糙度的影响

3.3非稳态磨削技术的加工机理和加工模型

3.3.1金刚石砂轮粗磨和半精磨加工过程分析

3.3.2普通砂轮超精密磨削的加工过程分析

3.4本章小结

第四章非稳态磨削技术的实验研究

4.1引言

4.2实验原理以及设计方案

4.2.1测量原理

4.2.2传感器设计

4.2.3测量方法

4.2.4注意事项

4.3实验仪器以及实验条件

4.4实验数据的处理方法

4.4.1数字信号的采集与处理

4.4.2回归方法求解磨削力及比磨削力的经验公式

4.4.3利用Matlab计算磨削力的经验公式

4.4.4利用Matlab绘制比磨削力的变化曲线

4.4.5磨削力经验公式的误差分析

4.5本章小结

第五章全文总结

5.1本文主要结论

5.2后续工作展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表论文