聚晶金刚石超声加工技术及机理研究

摘要

聚晶金刚石是20世纪70年代兴起的一种新型材料，具有良好的物理机械性能，可以用作精密工具和模具，但其成型加工和表面光整非常困难。超声加工是已知的加工硬脆材料的有效方法。在超声加工中，材料去除机理尚未完全研究清楚，因为磨粒尺寸太小，工具振幅很小，工作频率高达15-20kHz，所以无法观察到磨粒的工作状态，一般都是定性的分析。随着计算机技术的飞速发展，数值模拟已成为工程实际问题中的一种解决方法。尤其是近年来，有限元方法以快速、精确等优点在工程中得以广泛应用。
　　本文以在保证表面加工质量的前提下，提高聚晶金刚石超声加工效率为出发点，对加工机理和加工工艺规律进行了研究，主要内容包括：⑴分析了超声加工的材料去除机理，建立了材料去除率的数学模型。⑵采用ANSYS/LS-DYNA软件对材料去除机理进行了有限元分析，建立了球形、菱形、锥形、楔形四种磨粒的有限元模型，模拟了磨粒碰撞工件的过程，进行了变形及应力分析，直观地反映了超声加工的材料去除过程。⑶利用实验室已有设备进行了实验，分析了磨料粒度、磨粒浓度和工件转速等参数对材料去除率及工件表面粗糙度的影响，验证了数学模型的有效性，并利用实验结果对数学模型进行了修正，进一步提高了模型的精度。⑷建立了超声加工材料去除率和表面粗糙度的BP网络预测模型，为工程应用提供了参考依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 PCD加工技术的研究现状

1．2．1 电火花加工

1．2．2 磨削加工

1．2．3 研磨加工

1．2．4 激光加工

1．2．5 超声加工

1．2．6 复合加工

1．3 本课题研究的主要内容

2 超声加工技术概述

2．1 超声加工技术简介

2．1．1 超声加工的基本原理及设备

2．1．2 超声加工的用途

2．2 超声加工技术的发展应用现状

2．2．1 硬脆材料的超声加工

2．2．2 深小孔的超声加工

2．2．3 超声复合加工

2．2．4 超声光整加工

2．3 本章小结

3 PCD超声加工材料去除机理分析

3．1 超声加工材料去除机理研究概况

3．2 PCD超声加工中工件的受力分析

3．3 PCD超声加工材料去除率的数学模型

3．4 本章小结

4 PCD超声加工材料去除机理的有限元分析

4．1 有限元方法介绍

4．1．1 LS-DYNA的特点

4．1．2 LS-DYNA的应用

4．1．3 LS-DYNA分析的一般步骤

4．2 有限元仿真

4．2．1 选取单元类型

4．2．2 定义材料类型

4．2．3 创建有限元模型

4．2．4 定义接触、约束及加载与求解

4．3 计算结果分析

4．3．1 结构变形分析

4．3．2 应力计算分析

4．4 本章小结

5 PCD超声加工实验验证

5．1 实验目的

5．2 实验装置及其工件材料

5．3 加工实验及结果分析

5．3．1 最优加工参数的正交实验设计

5．3．2 各加工参数对材料去除率的影响规律

5．3．3 PCD材料去除率模型修正

5．3．4 各加工参数对工件表面粗糙度的影响

5．4 本章小结

6 PCD超声加工实验结果预测

6．1 神经网络概述

6．1．1 神经网络的基本概念

6．1．2 神经网络的发展史

6．1．3 神经网络的类型

6．2 基于BP神经网络的实验结果预测

6．2．1 输入／输出向量的设计

6．2．2 隐含层的设计

6．2．3 BP网络设计

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

作者简历

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