金刚石砂轮三维形貌建模及磨削工程陶瓷的数值仿真与实验研究
[Abstract]:Engineering ceramics with high hardness, high strength, high temperature resistance, wear resistance, chemical corrosion resistance and good self-lubricity have been widely used in the fields of electronics, energy technology, chemical industry, aerospace and other scientific and technological fields. However, the fracture toughness is poor, which makes it a typical refractory material. At present, the precision machining of engineering ceramics and other difficult machined materials is mainly realized by precision grinding and grinding of superhard fine abrasives. In order to deepen and popularize the application of engineering ceramics, it is necessary to carry out in-depth research on precision grinding of engineering ceramics. The complex grinding process can be better understood through the research of single abrasive cutting, which can simplify the analysis of grinding wheel grinding and surface damage principle, and establish the surface simulation topography model of grinding wheel. It can make the research on grinding behavior of grinding wheel more intuitionistic, and it is helpful to evaluate and predict the grinding performance and result of grinding wheel accurately. In this paper, the precision grinding process of silicon nitride ceramics is taken as the research object. Through the analysis of the results of grinding wheel surface morphology detection, the surface morphology models of single abrasive particle and monolithic grinding wheel are established by using numerical simulation technology. On the basis of this, the single abrasive cutting simulation and grinding wheel whole grinding simulation are carried out. Finally, the shape modeling and numerical simulation are verified and analyzed by single grain cutting experiment and grinding wheel grinding experiment. The main work includes: (1) measuring the surface morphology of grinding wheel, analyzing the surface area density, the average number of abrasive particles and the height of grinding edge, and combining with the method of cutting ball body in plane on spherical coordinate. A virtual single particle model is established, the relationship between edge dihedral angle and integrated optical density is analyzed, and the size and position of abrasive particles are further established by normal random function method. The surface morphology model of grinding wheel with random distribution of angle, finally combining the surface area density of grinding wheel, the average number of abrasive particles, The effectiveness of the virtual polyhedron abrasive particle model and the whole grinding wheel model is verified by the parameters such as the height of the cutting edge. (2) the geometric model of the single abrasive particle is used to simulate the diamond abrasive particle by using the spherical coordinate cutting method. The numerical simulation model of single particle is established by using the constitutive model of JH-2 material and the SOLID164 solid element. The numerical model of abrasive particle and workpiece is meshed by various mesh generation methods, and the cutting process of single abrasive particle is simulated in LS-DYNA. The microcosmic variation phenomena such as stress, chip and grinding force of workpiece are analyzed. Finally, a single abrasive cutting experiment is carried out to verify the validity of the established model and numerical simulation. (3) the numerical simulation model of diamond wheel and silicon nitride ceramic workpiece is established by using DEFORM-3D. Numerical simulation of silicon nitride ceramics grinding with diamond wheel is carried out. Firstly, the forming process of sliding, ploughing and cutting stages is analyzed. Furthermore, the chip removal process of workpiece material and the variation of grinding force are analyzed by simulation. The effects of different grinding wheel linear speed and grinding depth on grinding force and workpiece stress are also studied. Finally, experiments on grinding silicon nitride ceramics with diamond wheel are carried out, and the rationality of numerical simulation is verified.
【学位授予单位】:湖南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ174.75
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,本文编号:2140162
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