微细磨削性能及微径砂轮磨损试验研究

论文摘要

随着科学技术的发展进步,微小型零组件在微流体控制系统和医学器械等领域得到了广泛的应用。陶瓷材料因其具有高的抗腐蚀性、化学稳定性以及高的强度和硬度等,而被广泛地作为微小型零组件的原材料。微细磨削是典型的精加工,在加工精度方面比其他的加工技术有很大优势,但是加工质量受加工环境、微径砂轮的性能和加工材料的影响较大。此外,虽然微细磨削加工类似于传统的磨削加工,但是由于尺寸效应等又使微细磨削和传统磨削之间有很大的不同。然而,目前有关微细磨削加工的研究工作还较少,尤其是建模方面,因此本文结合国内外微细磨削加工相关研究,主要针对微细磨削的建模开展了相关研究工作。本文以单颗磨粒和工件之间的交互作用为基础,建立了微细磨削力预测模型,然后根据动态磨粒密度把单颗磨粒的磨削力扩展到整个砂轮,得到整个砂轮的磨削力,最后进行了微细磨削实验,针对法向和切向微细磨削力,将实验结果和预测模型所得到的结果进行了对比分析。针对磨粒几何形状的随机性和砂轮表面磨粒分布的随机性,以及磨粒出刃高度的随机性,建立了表面粗糙度的预测模型。研究了进给率、磨削深度和主轴转速对表面粗糙度的影响,并通过微细磨削实验进行了验证,同时进一步研究了微径电镀金刚石砂轮微细磨削陶瓷的磨损形式、材料主要去除方式,以及微径砂轮磨损及变形对表面粗糙度和微细磨削力的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 砂轮磨损和表面质量
• 1.2.2 磨削中的建模
• 1.2.3 微细磨削中存在的问题
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 微细磨削力建模
• 2.1 引言
• 2.2 磨削陶瓷材料去除机理
• 2.2.1 压痕断裂力学的模型
• 2.2.2 切削加工模型
• 2.3 微细磨削中单颗磨粒磨削力理论模型
• 2.3.1 单颗磨粒切削力模型
• 2.3.2 单颗磨粒耕犁力模型
• 2.3.3 微细磨削中的材料模型
• 2.3.4 单颗磨粒力学模型分析
• 2.4 参加微细磨削的动态磨粒个数
• 2.4.1 微径砂轮的静态磨粒密度
• 2.4.2 微径砂轮的动态磨粒密度
• 2.4.3 砂轮接触弧长
• 2.5 本章小结
• 第3章 微细磨削力理论和实际值的对比研究
• 3.1 引言
• 3.2 微细磨削力模型的敏感性分析
• 3.3 微细磨削的试验装置
• 3.4 微细磨削试验与分析
• 3.5 验证力学模型
• 3.5.1 确定参数的影响
• 3.5.2 预测的力与实验值的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 微细磨削加工表面粗糙度及微径砂轮磨损研究
• 4.1 引言
• 4.2 切屑厚度模型
• 4.3 指数的确定
• 4.4 表面粗糙度模型建立
• 4.5 表面粗糙度试验
• 4.5.1 试验值的处理方法
• 4.5.2 表面粗糙度模型的验证
• 4.5.3 工艺参数对表面粗糙度的影响
• 4.6 微径砂轮的磨损
• 4.6.1 微径砂轮的磨损形式分析
• 4.6.2 微径砂轮磨损和变形对微细磨削力的影响
• 4.6.3 磨损对工件表面粗糙度的影响
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢