超声辅助磨削工程陶瓷边界损伤机理研究
本文关键词:超声辅助磨削工程陶瓷边界损伤机理研究 出处:《河南理工大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:工程陶瓷的高硬度、高耐磨和抗腐蚀性等优良的机械性能使其成功的应用于切削刀具、耐火材料和汽车零部件等领域,但是同时由于其难加工性,也制约了其更为广泛的使用。超声辅助加工在一定程度上改善了陶瓷材料难加工特性,提高其加工效率以及工件表面/亚表面质量。而随着科技不断的进步,目前零件表面/亚表面质量已经不能满足精密零件的高标准,其更是对边界质量提出了新的要求。基于此,本文着重对超声辅助磨削工程陶瓷边界损伤机理进行研究。为构建有效的工程陶瓷边界损伤预报模型,本文将从理论基础、有限元仿真和磨削试验三个方面对Al2O3、ZTA和Zr O2三种陶瓷的边界损伤进行讨论对比分析。首先,基于压痕边缘破碎估测断裂韧性理论,及普通磨削力和超声磨削力模型公式构建磨削陶瓷边界损伤预报模型。发现磨削参数、超声参数和材料特性均对工程陶瓷边界损伤有一定影响,且材料的断裂韧性对其边界损伤影响敏感度较高。其次,利用ABAQUS软件建立三维单颗磨粒磨削工程陶瓷模型,发现工程陶瓷在普通磨削和超声磨削两种情况下的边界损伤形式与实际磨削损伤形态相似,且其磨削力的大小也与实际情况相符。在仿真情况下,其磨削参数、超声参数和材料特性对边界损伤的影响趋势与预报模型相同。最后,通过设计磨削试验获得磨削参数、超声参数和材料特性分别与工程陶瓷实际磨削力和边界损伤值的关系曲线,并对上面的理论模型和有限元仿真分析结果进行了数值验证,发现:理论公式和有限元分别得到的普通和超声磨削力数值与试验值趋势相同,其中普通磨削力理论获得值与对应的试验值大小偏差较小,几乎相等;普通预报模型获得的边界损伤预报值与试验值趋势相同,且数值大小一致;超声预报模型利用断裂韧性角度推测的预报值比超声降低磨削力角度预报值更接近边界损伤试验值。
[Abstract]:High hardness of engineering ceramics, high abrasion resistance and corrosion resistance and excellent mechanical properties which is successfully applied to the field of refractory materials and cutting tools, auto parts etc., but also because of the difficulty of processing, but also restricts its wider use. Ultrasonic assisted machining in a certain extent, improve the ceramic materials the difficult processing characteristics, improve the processing efficiency and surface / sub surface quality. With the continuous progress of science and technology, the surface / sub surface quality can not meet the high standards of precision parts, which is put forward new requirements for the quality of the boundary. Based on this, this paper focuses on the study of the mechanism of ultrasonic assisted grinding engineering ceramic boundary damage. For the construction of engineering ceramics edge damage of the forecasting model, this paper from the theoretical foundation, finite element simulation and grinding experiment three aspects of Al2O3, ZTA and Zr O2 three ceramic Discussion edge damage comparative analysis. Firstly, the indentation edge estimation based on the theory of broken fracture toughness, and normal grinding force and grinding force of ultrasonic grinding of ceramic formula model construction edge damage prediction model. The grinding parameters were found, ultrasonic parameters and material properties have a certain influence on the engineering ceramics and the boundary damage, the fracture toughness of the material on the damage boundary effect of high sensitivity. Secondly, the establishment of three-dimensional single grinding engineering ceramics model by using ABAQUS software, find the boundary damage form of engineering ceramics in ultrasonic grinding and ordinary grinding under two kinds of situations similar to the actual grinding damage form, and the grinding force is consistent with the actual situation. In the simulation case, the the grinding parameters, ultrasonic parameters and material properties on the effect of boundary damage trend and forecast model. Finally, grinding parameters through the grinding experiment design, super Curve of acoustic parameters and material properties respectively with actual engineering ceramic grinding force and boundary damage value, and the above theoretical model and finite element analysis results were verified and found: experimental and numerical theory formula and finite element method respectively for normal and ultrasonic grinding force value of the same trend, the general theory of grinding force get the size of a small deviation, value and the corresponding experimental values are almost equal; boundary damage prediction model for the ordinary value of the same trend with the experimental data, and the numerical size prediction model using ultrasound; prediction of fracture toughness values of the grinding force that angle angle prediction is closer to the experimental value lower than ultrasonic boundary damage.
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ174.6
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,本文编号:1424076
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