预烧结陶瓷微细三维结构精密制造方法研究

发布时间：2017-08-20 13:13

  本文关键词：预烧结陶瓷微细三维结构精密制造方法研究

  更多相关文章： 预烧结坯体 尺寸精度 表面质量 圆弧插补 三维微结构

【摘要】：陶瓷材料因其优越的使用性能,在微机械领域有着广泛地应用需求,但在陶瓷材料上进行特征尺寸在微米量级的微小结构或零件的微细加工十分困难。本文采用基于陶瓷生坯的制造方法,在氧化铝预烧结陶瓷坯体上,进行三维微结构精密制造方法的研究。研究过程中共制备了六种不同预烧条件下的陶瓷坯体,分析了其断面的微观结构以及预烧结陶瓷坯体微细铣削加工过程中材料去除的微观机理。此外,通过微孔钻削实验,发现在切削液中进行陶瓷微细加工,加工力更小,刀具磨损较小,加工质量更优。论文全面研究了影响微结构加工尺寸精度的各项因素。其中热膨胀、机床重复定位精度、刀具加工精度、机床运动精度是影响微结构X、Y向尺寸精度的次要因素,加工间隙则是主要影响因素；而微结构Z向尺寸精度主要与刀具磨损程度相关。本文结合微型腔的加工实验,具体分析了加工间隙对微结构X、Y向尺寸精度的影响,明确了坯体强度、铣削层厚、型腔深度等参数对加工间隙的影响规律,实验结果表明微结构的加工间隙随坯体强度的增加先减小后增大,在7-100MPa强度区间内达到最优,铣削层厚直接影响加工效率,但对加工间隙影响不大。此外进行了加工间隙一致性验证,发现加工间隙大小与所加工微结构尺寸大小无关。本文对X、Y向尺寸偏差采用逆向设计微结构尺寸的方法来补偿加工间隙,加工结果表明实际尺寸与目标尺寸的绝对偏差在2.5μm以内,补偿效果良好；采用实时探测的方法来补偿因刀具轴向磨损造成的微结构Z向尺寸误差,补偿加工后的绝对偏差不大于3μm。表明采用这两种补偿加工方法可以显著提高微结构加工尺寸精度。论文系统研究了切削液、坯体强度、铣削层厚等加工参数对微结构加工表面质量的影响。研究结果表明,添加切削液后微结构表面更清晰,几乎没有切屑残留：而如果综合考虑边缘质量和加工效率,坯体强度以9MPa左右、铣削层厚以51μm为好。本文通过不同铣削层厚组合下的实验加工探索,发现多层厚组合加工可以得到小且稳定的加工间隙,同时微结构边缘质量也较优,而其加工时间则大幅减少,加工效率显著提高。此外论文详细研究了弧形结构加工的可行性,综合考虑加工效率及圆弧结构完整性,确定了合适的弧形结构插补加工参数。最后综合考虑尺寸精度、表面质量、加工效率以及弧形结构加工条件,对加工参数进行优化选择,合理设计加工工艺,成功的在预烧结坯体上铣削制造出各主要特征尺寸的绝对偏差均不大于51μm的尺寸精度高、边缘质量好的多种微细三维陶瓷结构。
【关键词】：预烧结坯体 尺寸精度 表面质量 圆弧插补 三维微结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究背景9-10
• 1.3 陶瓷微细特种加工方法10-11
• 1.4 提高坯体强度的陶瓷微细加工方法11-18
• 1.4.1 添加粘结剂的陶瓷微细加工11-13
• 1.4.2 预烧结陶瓷微细加工13-15
• 1.4.3 预烧结陶瓷微细加工存在的问题15-18
• 1.5 论文的主要研究内容18-20
• 2 微细加工装置及刀具在线制备20-30
• 2.1 微细加工装置20-23
• 2.2 微细加工控制程序23-27
• 2.3 钨丝刀具在线制备27-30
• 3 预烧结陶瓷坯体材料去除方式研究30-46
• 3.1 预烧结氧化铝陶瓷制备30-35
• 3.1.1 粉体特性30-31
• 3.1.2 生坯制备及结构分析31-32
• 3.1.3 预烧结坯体制备及结构分析32-35
• 3.2 预烧结陶瓷坯体材料去除机理分析35-40
• 3.2.1 陶瓷坯体材料去除模型35-36
• 3.2.2 材料去除过程分析36-38
• 3.2.3 坯体强度与加工间隙的变化关系38-40
• 3.3 切削液对微细加工的影响40-46
• 3.3.1 实验方法40-41
• 3.3.2 切削液对微孔加工间隙的影响41-43
• 3.3.3 切削液对轴向加工力和刀具磨损的影响43-45
• 3.3.4 切削液对微孔表面形貌的影响45-46
• 4 微细加工尺寸精度与表面质量研究46-62
• 4.1 X、Y向尺寸精度46-53
• 4.1.1 加工间隙48-50
• 4.1.2 加工间隙一致性验证50-51
• 4.1.3 加工力51-53
• 4.2 Z向尺寸精度53-55
• 4.3 微结构表面质量55-60
• 4.3.1 切削液55-56
• 4.3.2 坯体强度56-58
• 4.3.3 铣削层厚58-59
• 4.3.4 加工深度59-60
• 4.4 多层厚组合加工60-62
• 5 三维微结构制造方法研究62-75
• 5.1 加工间隙补偿62-67
• 5.1.1 单一层厚补偿加工62-65
• 5.1.2 多层厚补偿加工65-67
• 5.2 刀具轴向磨损补偿67-68
• 5.3 圆弧插补研究68-72
• 5.3.1 插补参数69-71
• 5.3.2 圆弧结构完整性71-72
• 5.4 复杂三维结构加工实例72-75
• 结论75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况79-80
• 致谢80-81

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本文编号：706805