碳化硅振动辅助抛光表面/亚表面损伤的研究
发布时间：2022-12-22 04:37
碳化硅（SiC）陶瓷材料具有耐高温,耐磨损,化学性质稳定且比刚度高等特点,被广泛应用在医疗仪器、航天航空器和军事国防等领域。但是,在常规的抛光加工中,抛光刀具磨损率高、脆性去除产生的表面划痕和亚表面损伤严重和应力集中导致工件表面残余应力高等问题是不可避免的。基于常规加工方法中加工SiC陶瓷材料是较困难的,本文通过振动辅助抛光加工的方法来改善加工后工件的表面完整性,并且研究了振动辅助抛光SiC表面/亚表面的损伤机理。本文以SiC陶瓷为主要研究目标。首先,设计一套二维振动辅助抛光装置。然后,以振动辅助抛光加工的去除机理和运动学特性作为理论基础,建立亚表面损伤预测模型,再利用三维有限元仿真技术进行振动辅助抛光加工仿真,结合理论计算和三维有限元仿真结果,设计SiC陶瓷工件的振动辅助抛光实验,揭示其工艺参数对表面粗糙度和亚表面损伤深度的影响规律。论文主要研究内容包括:（1）通过对振动辅助加工方式优势的了解,针对SiC陶瓷材料的加工特性,利用振动辅助抛光的加工方式改善SiC的表面完整性。首先,设计了一套二维振动辅助抛光装置,通过对装置的柔性铰链机构分析进而计算得到装置的运动行程和固有频率等性能参数...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题的研究背景及意义
1.3 国内外研究现状综述
1.3.1 振动辅助加工装置及方法的研究现状
1.3.2 材料加工表面/亚表面损伤机理的研究
1.3.3 精密加工中仿真技术的应用现状
1.4 本设计完成的主要工作
第2章 2D-VAPD的研制
2.1 2D-VAPD的设计与分析
2.1.1 柔性铰链的选取
2.1.2 2D-VAPD结构设计
2.2 2D-VAPD运动原理分析
2.3 2D-VAPD静力学分析
2.3.1 装置刚度计算
2.3.2 装置输出的最大行程计算
2.4 2D-VAPD动力学分析
2.4.1 装置固有频率计算
2.5 VAPD结构优化
2.5.1 适应度函数建立
2.5.2 改进的细菌觅食算法建立
2.5.3 装置参数优化结果
2.5.4 装置有限元分析
2.5.4.1 刚度分析
2.5.4.2 模态分析
2.6 2D-VAPD性能测试与分析
2.6.1 测试实验建立
2.6.2 扫频实验分析与讨论
2.6.3 阶跃响应测试分析与讨论
2.6.4 行程测试实验分析与讨论
2.6.5 分辨率测试
2.6.6 迟滞测试
2.7 本章小结
第3章 振动辅助抛光SSD理论建模与数值模拟
3.1 SSD模型的建立
3.1.1 VAPD的运动学分析
3.1.2 SSD模型
3.2 VAP加工SiC的数值模拟
3.2.1 VAP数值模拟几何模型的建立
3.2.2 SiC的本构模型
3.2.3 仿真模型的建立
3.2.4 VAP有限元模拟和讨论
3.2.4.1 VAP加工过程仿真
3.2.4.2 VAP纵向振幅对SSD的影响
3.2.4.3 VAP横向振幅对SSD的影响
3.2.4.4 VAP振动频率对SSD的影响
3.2.4.5 磨粒尺寸对SSD的影响
3.3 本章小结
第4章 SiC加工表面/亚表面损伤实验研究
4.1 SiC陶瓷材料划痕实验设计
4.1.1 实验系统搭建和材料准备
4.2 实验检测方案
4.2.1 表面损伤检测方案
4.2.2 表面残余应力检测方案
4.2.3 SSD检测方案
4.3 划痕实验讨论与分析
4.4 SiC抛光实验探究与分析
4.4.1 SiC在有/无振动辅助抛光表面形貌与残余应力检测分析
4.4.2 VAP工艺参数对工件表面粗糙度影响分析
4.4.3 VAP工艺参数对工件SSD影响分析
4.5 本章小结
第5章 结论
5.1 总结
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果
本文编号：3723466
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题的研究背景及意义
1.3 国内外研究现状综述
1.3.1 振动辅助加工装置及方法的研究现状
1.3.2 材料加工表面/亚表面损伤机理的研究
1.3.3 精密加工中仿真技术的应用现状
1.4 本设计完成的主要工作
第2章 2D-VAPD的研制
2.1 2D-VAPD的设计与分析
2.1.1 柔性铰链的选取
2.1.2 2D-VAPD结构设计
2.2 2D-VAPD运动原理分析
2.3 2D-VAPD静力学分析
2.3.1 装置刚度计算
2.3.2 装置输出的最大行程计算
2.4 2D-VAPD动力学分析
2.4.1 装置固有频率计算
2.5 VAPD结构优化
2.5.1 适应度函数建立
2.5.2 改进的细菌觅食算法建立
2.5.3 装置参数优化结果
2.5.4 装置有限元分析
2.5.4.1 刚度分析
2.5.4.2 模态分析
2.6 2D-VAPD性能测试与分析
2.6.1 测试实验建立
2.6.2 扫频实验分析与讨论
2.6.3 阶跃响应测试分析与讨论
2.6.4 行程测试实验分析与讨论
2.6.5 分辨率测试
2.6.6 迟滞测试
2.7 本章小结
第3章 振动辅助抛光SSD理论建模与数值模拟
3.1 SSD模型的建立
3.1.1 VAPD的运动学分析
3.1.2 SSD模型
3.2 VAP加工SiC的数值模拟
3.2.1 VAP数值模拟几何模型的建立
3.2.2 SiC的本构模型
3.2.3 仿真模型的建立
3.2.4 VAP有限元模拟和讨论
3.2.4.1 VAP加工过程仿真
3.2.4.2 VAP纵向振幅对SSD的影响
3.2.4.3 VAP横向振幅对SSD的影响
3.2.4.4 VAP振动频率对SSD的影响
3.2.4.5 磨粒尺寸对SSD的影响
3.3 本章小结
第4章 SiC加工表面/亚表面损伤实验研究
4.1 SiC陶瓷材料划痕实验设计
4.1.1 实验系统搭建和材料准备
4.2 实验检测方案
4.2.1 表面损伤检测方案
4.2.2 表面残余应力检测方案
4.2.3 SSD检测方案
4.3 划痕实验讨论与分析
4.4 SiC抛光实验探究与分析
4.4.1 SiC在有/无振动辅助抛光表面形貌与残余应力检测分析
4.4.2 VAP工艺参数对工件表面粗糙度影响分析
4.4.3 VAP工艺参数对工件SSD影响分析
4.5 本章小结
第5章 结论
5.1 总结
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果
本文编号：3723466
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3723466.html
