高温合金超声磨削机理的研究

论文摘要

高温合金材料由于具有优良的物理化学性能而使其在很多领域得到广泛应用,然而正是由于这些优良的性能造成了对其进行磨削加工的困难。为了解决上述问题,本文提出了超声振动辅助磨削加工的方法。超声振动磨削加工技术是一种将超声振动用于磨削加工的新技术,特别是在超硬材料、复合材料和难加工材料的加工方面显示出非常突出的优越性。因此,将超声振动加工技术应用于高温合金加工中,为难加工材料的加工开辟了一条新的途径。本课题以高温合金GH536为研究对象,研究高温合金超声振动磨削机理及其表面加工质量,本课题的主要研究工作体现在以下几方面：(1)本文在参考相关变幅杆设计资料的基础上,对阶梯形变幅杆分别从声学角度和波动方程角度来进行理论分析设计,同时使用ANSYS有限元软件对阶梯形变幅杆进行了结构分析和模态分析,设计和制造出了符合要求的变幅杆。(2)对轴向超声振动辅助磨削过程进行了分析,材料的去除主要是磨粒与工件相互干涉的结果,因此对超声振动辅助磨削过程中的磨粒—工件的运动学进行了理论分析。建立了超声磨削加工的运动学模型,基于建立的模型,研究了砂轮表面单颗磨粒相对工件的运动特点、运动轨迹并对相关几何参数进行了分析计算。(3)对超声磨削工件表面磨粒运动干涉轨迹进行了分析,通过超声磨削表面纹理的观测实验,验证了超声磨削表面形成机理与普通磨削截然不同。(4)参考磨削力的相关资料,从切削变形力入手,通过引入单位磨削力Fp,建立了超声振动辅助加工方式下单颗磨粒磨削力数学模型。从磨削用量的角度进而对两种加工方式下的磨削力和磨削力比进行了理论分析与试验研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据与背景情况
• 1.2 超声磨削加工的原理及特点
• 1.3 高温合金的性能与分类
• 1.3.1 高温合金的分类及性能
• 1.3.2 高温合金普通磨削加工的难点
• 1.4 超声磨削加工的发展与应用
• 1.4.1 国外的研究现状
• 1.4.2 国内的研究现状
• 1.4.3 超声振动辅助磨削加工技术的研究现状
• 1.5 本课题的研究内容
• 1.6 本课题的研究目的与研究意义
• 1.6.1 课题研究目的
• 1.6.2 实际应用价值
• 第2章 超声系统的组成及变幅杆的设计
• 2.1 超声振动系统的组成及设计原则
• 2.2 超声波发生器和换能器的选用与匹配
• 2.2.1 超声波发生器
• 2.2.2 换能器
• 2.3 超声变幅杆和工具的设计
• 2.3.1 变幅杆类型的选用
• 2.3.2 变幅杆材料的选择
• 2.3.3 从声学角度来探讨变幅杆的设计
• 2.3.4 从波动方程角度来探讨变幅杆的设计
• 2.4 阶梯形变幅杆的结构和模态分析
• 2.4.1 阶梯形变幅杆的结构分析
• 2.4.2 阶梯形变幅杆的模态分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 超声振动辅助磨削运动学分析
• 3.1 超声振动辅助磨削加工的类型
• 3.2 轴向超声振动辅助磨削
• 3.2.1 单颗磨粒切削过程与几何参数分析计算
• 3.2.2 单颗磨粒切削模型
• 3.2.3 磨粒运动轨迹的分析
• 3.2.4 超声磨削表面纹理观测试验
• 3.3 超声振动对磨粒性能的影响分析
• 第4章 超声振动辅助磨削磨削力的研究
• 4.1 磨削力的数学模型
• 4.1.1 切削变形力
• 4.1.2 超声振动辅助磨削力
• 4.2 磨削力的实验研究
• 4.2.1 实验方案
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢