铬刚玉砂轮磨削氮化硅陶瓷试验研究

论文摘要

随着工程陶瓷材料的广泛应用和超精密加工研究的不断深入,目前已经能够利用普通砂轮在普通磨床上实现工程陶瓷材料的高效低成本超精密磨削加工。本文针对工程陶瓷材料的这一特殊加工现象,应用普通铬刚玉砂轮对氮化硅工程陶瓷进行了超精密磨削试验研究,通过观察磨削过程中砂轮形貌、工件形貌和工件表面粗糙度的变化揭示了这种新的精密加工机理和模型。普通砂轮磨粒的力学性能较差,在砂轮修整和砂轮与工件接触过程中,砂轮外表面的磨粒尖峰破碎生成大量的“微刃”,普通铬刚玉磨削氮化硅陶瓷的过程就是利用磨粒破碎生成的“微刃”的微切削作用,延性域磨削工件表面。伴随磨削的进行,磨粒破碎产生的“微刃”发生磨耗磨损,磨粒表面出现明显的磨削痕迹,最后磨粒被完全磨平。这种磨削加工过程非常短暂,但就在这一短暂的过程,工件表面质量得到显著提高。磨钝后的磨粒对工件表面仅仅是一种摩擦挤压作用,笔者通过大量的试验观察发现磨粒的摩擦挤压作用不利于改善工件表面质量,相反会破坏工件表面质量。因此利用普通砂轮磨削工程陶瓷时,应及时修整砂轮,保持砂轮磨粒的锋利性。铬刚玉磨削氮化硅陶瓷时,砂轮一般经过两三次修整,工件表面质量就可以达到超精密镜面加工效果。磨削深度、磨粒粒度是影响普通砂轮超精密磨削工程陶瓷的两个重要因素,笔者结合砂轮形貌、工件形貌、工件表面粗糙以及磨削力的变化,分析了这两种因素对超精密加工影响的原因。本文理论分析的结论和试验获得的数据将充实和拓宽超精密磨削加工研究领域,对工程实践具有重要的指导作用。同时,本文建立的磨削模型以及试验过程中观察到的砂轮形貌和工件形貌,获得的磨削力和已加工表面粗糙度的试验数据,将为今后系统地建立普通砂轮超精密加工工程陶瓷机理和建立系统的磨削模型提供有力的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磨削技术概论
• 1.1.1 磨削技术发展概述
• 1.1.2 磨削加工方法分类
• 1.2 工程陶瓷磨削技术的研究进展
• 1.2.1 陶瓷材料概述
• 1.2.2 工程陶瓷磨削机理研究
• 1.2.3 陶瓷材料的基本去除机理
• 1.2.4 陶瓷磨削方式的新进展
• 1.3 本文研究内容及意义
• 第二章 磨削试验设计及数据处理
• 2.1 引言
• 2.2 实验原理以及设计方案
• 2.2.1 测量原理
• 2.2.2 磨削力测试平台
• 2.2.3 传感器设计
• 2.2.4 测量方法
• 2.2.5 注意事项
• 2.3 试验设备及试验条件
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 试验条件
• 2.4 试验数据处理
• 2.4.1 小波分析简介
• 2.4.2 信号频谱分析和小波分解
• 2.5 砂轮形貌观察和工件表面形貌分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 铬刚玉砂轮磨削氮化硅陶瓷磨削机理试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 工程陶瓷材料超精密加工过程中的磨粒磨削
• 3.2.1 金刚石砂轮超精密加工工程陶瓷过程中的磨粒磨削
• 3.2.2 普通砂轮超精密加工工程陶瓷过程中的磨粒磨削
• 3.3 工程陶瓷磨削过程中的特殊现象
• 3.4 普通铬刚玉砂轮超精密磨削氮化硅陶瓷过程分析
• 3.4.1 砂轮形貌观察
• 3.4.2 工件形貌观察及工件表面粗糙分析
• 3.5 普通铬刚玉砂轮磨削氮化硅陶瓷机理及模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 铬刚玉砂轮磨削氮化硅陶瓷特性研究
• 4.1 磨削深度对加工过程的影响
• 4.1.1 磨削深度对砂轮表面形貌的影响
• 4.1.2 磨削深度对磨削力的影响
• 4.1.3 磨削深度对工件表面形貌和工件表面粗糙度的影响
• 4.2 磨粒粒度对加工过程的影响
• 4.2.1 磨粒粒度对砂轮表面形貌的影响
• 4.2.2 磨粒粒度对磨削力的影响
• 4.2.3 磨粒粒度对工件表面形貌的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢