单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真与试验研究

摘要

为探索氮化硅陶瓷单颗磨粒切削加工的机理，进行单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷的仿真与试验。选用截角八面体模拟金刚石磨粒，基于Johnson—Holmquist ceramic硬脆材料本构模型，采用有限元网格法进行单颗磨粒直线切削仿真，分析工件材料的切屑去除、划痕形貌、应力动态变化与分布、切削力变化等现象，以及工艺参数对切削力的影响。制备单颗金刚石磨粒工具，在平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷的试验，进一步分析划痕形貌、切削力的变化，并验证有限元仿真的正确性。研究表明，划痕光直平整，塑性隆起很少，边缘存在较大尺寸的破碎，划痕内有局部小尺寸的破碎；划痕的深度和宽度比磨粒的切削深度和宽度尺寸略大。应力与切削力存在动态波动。随着砂轮速度的增加，切向力和法向力减小；随着切削深度的增加，切向力和法向力增大。切削力比在4～6之间变化。