氧化铝陶瓷旋转超声孔加工去除率影响因素的理论研究

论文摘要

氧化铝陶瓷以其耐热、耐磨和耐腐蚀等优良特性,已成为现代工业、国防和空间技术等高技术领域中不可缺少的新型材料。旋转超声加工以其高效率、高精度和高可靠性的特点,被认为是用于加工氧化铝陶瓷最常的方法之一。旋转超声加工各工艺参数的取值,对加工效率和加工质量的影响较大,由于工艺参数的数量多、关系复杂,使其在加工中的选定十分困难。本文在研究了国内外旋转超声加工研究现状的基础上,从理论上推导了工艺参数取值的计算公式,解决了这一问题。首先,以压痕断裂力学理论为基础,研究了旋转超声加工氧化铝陶瓷的去除机理,确定了旋转超声加工的高效去除方式为脆性断裂去除;利用有限元分析软件ANSYS,对旋转超声加工氧化铝陶瓷的加工过程进行仿真分析,得到了氧化铝陶瓷产生脆性断裂的临界条件。其次,在介绍了去除率理论计算公式,并对主要影响因素的影响规律进行了数值仿真的基础上,通过引入非弹性碰撞的理论模型,得到了超声振幅理想取值的计算公式;又通过引入磨削力理论计算模型,得到了旋转速度和进给压力理想值的计算公式。最后,借助参考文献所提供的试验数据及试验结果,通过对试验数据理论公式的计算结果与参考文献的试验结果的对比分析,研究了理论公式的正确性,以及旋转超声加工工艺参数理论研究的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 旋转超声加工技术简介
• 1.2.1 超声波加工技术
• 1.2.2 旋转超声加工技术
• 1.3 国内外旋转超声加工的研究现状
• 1.3.1 理论研究现状
• 1.3.2 试验研究现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 氧化铝陶瓷去除机理的有限元分析
• 2.1 陶瓷材料的去除机理
• 2.2 压痕断裂力学理论
• 2.2.1 压头的类型及特点
• 2.2.2 压头作用下的裂纹发展
• 2.2.3 压痕的断裂力学模型
• 2.3 去除机理的有限元分析
• 2.3.1 脆性材料有限元分析方法概述
• 2.3.2 ANSYS Workbench的分析流程
• 2.3.3 脆性断裂产生条件的有限元分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 去除率影响因素的理论研究
• 3.1 去除率理论公式及其数值分析
• 3.1.1 去除率理论公式
• 3.1.2 去除率理论公式的数值分析
• 3.2 去除率影响因素的理想计算公式
• 3.2.1 理想超声振幅的计算公式
• 3.2.2 理想转速的计算公式
• 3.2.3 理想进给压力的计算公式
• 3.3 本章小结
• 第4章 理论公式实用性的分析研究
• 4.1 试验条件及注意事项
• 4.2 理论结果与试验结果的对比分析
• 4.2.1 超声振动振幅理论公式验证
• 4.2.2 旋转速度理论计算公式的验证
• 4.2.3 进给压力理论公式验证
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢