旋转超声钻削先进陶瓷的基础研究

论文摘要

旋转超声钻削是一种先进陶瓷材料孔加工的高效加工方法。它是一种集普通超声钻削和磨削加工为一体的复合加工方法。相对于普通超声钻削，旋转超声钻削无论在降低加工成本还是提高加工效率方面都有了革命性的变化。 本文在深入剖析旋转超声钻削技术现状以及存在问题的基础上，对旋转超声钻削先进陶瓷的实验和理论研究进行了深入的研究。论文的主要研究工作概括如下： 1、在恒速进给加工条件下，实验比较了旋转超声钻削和普通钻削对加工过程的影响；系统研究了在恒速进给加工条件下，旋转超声钻削参数对加工过程的影响。 2、分别推导出普通超声钻削和旋转超声钻削过程中，工件在单颗磨粒作用下的应力场分布模型；并从工件应力场的角度解析了旋转超声钻削材料去除率高于普通超声钻削材料去除率的现象。 3、分别基于脆性断裂和塑性变形两种材料去除机理，推导出简单实用的旋转超声钻削材料去除率理论模型，并根据所推导的理论模型进行仿真，探讨了旋转超声钻削加工参数(超声振动振幅，超声振动频率，工作压力，旋转速度，磨粒数目，以及磨粒尺寸)对材料去除率的影响。 4、通过使用数字显微镜跟踪观察旋转超声钻削过程中金刚石工具表面形貌变化，研究了旋转超声钻削先进陶瓷过程中的工具磨损机理。 5、针对旋转超声钻削过程中排屑困难的难题，通过改进旋转超声钻削的传统金刚石工具，提出一种新型的加工工艺—断续旋转超声钻削；并对断续旋转超声钻削的加工效果进行了实验验证。 通过实验研究和理论分析，本论文取得的主要成果和结论有： 1、在恒速进给加工条件下，旋转超声钻削比普通钻削更具有加工优势。相对于普通钻削，旋转超声钻削能有效降低切削力，降低加工孔的表面粗糙度，以及避免先进陶瓷工件在加工中的破裂。 2、在恒速进给加工条件下，主轴转速、进给速度、以及超声功率对旋转超声钻削加工过程具有显著的影响。旋转超声钻削过程中，切削力随着旋转速度或超声功率的提高而降低，随着进给速度的提高而提高。加工孔表面粗糙度随着旋转速度的提高而降低。 3、从分析旋转超声钻削应力场可知，旋转超声钻削先进陶瓷过程中，工件应力场分布向磨粒的运动方向倾斜，在磨粒与工件接触区的前下方处容易产生磨削裂纹。该磨削裂纹在磨粒的划擦和撕裂作用下，会进一步向工件表面扩展，形成切屑，这有利于提

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 超声加工
• 1-2 旋转超声加工及其应用
• 1-3 国内外旋转超声钻削研究的进展
• 1.3.1 旋转超声钻削设备
• 1.3.2 理论研究
• 1.3.3 实验研究
• 1-4 本课题的提出、研究思路与主要研究内容
• 1.4.1 本课题的提出与研究意义
• 1.4.2 本课题的研究思路与主要研究内容
• 第二章 旋转超声钻削先进陶瓷的实验研究
• 2-1 实验装置及实验内容
• 2-2 旋转超声钻削与普通钻削的比较
• 2-3 加工参数对旋转超声钻削的影响
• 2-4 本章小结
• 第三章 旋转超声钻削理论分析—应力场分析
• 3-1 普通超声钻削与旋转超声钻削
• 3-2 普通超声钻削的应力场
• 3-3 旋转超声钻削的应力场
• 3-4 普通超声钻削和旋转超声钻削的应力场分析
• 3-5 本章小结
• 第四章 旋转超声钻削理论分析—材料去除率理论模型
• 4-1 基于脆性断裂去除模式的材料去除率
• 4-2 基于塑性变形去除模式的材料去除率
• 4-3 材料去除率理论模型的比较分析
• 4-4 本章小结
• 第五章 旋转超声钻削的工具磨损机理研究
• 5-1 工具磨损机理研究方法的确定
• 5-2 实验条件及实验步骤
• 5-3 旋转超声钻削碳化硅
• 5-4 旋转超声钻削氧化铝
• 5-5 本章小结
• 第六章 断续旋转超声钻削及其实验研究
• 6-1 断续旋转超声钻削
• 6-2 实验内容和实验条件
• 6-3 实验结果及其讨论
• 6-4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文、获奖及参加科研情况
• 参考文献