超声辅助磨削ZTA陶瓷内圆边界损伤及去除率研究

发布时间：2020-06-09 04:52

【摘要】：工程陶瓷具有的高硬度和高耐磨性使其成功应用于耐火材料以及汽车零部件领域,随着陶瓷材料应用领域的扩大,对于其边界质量及高效去除提出了新的要求。由于超声加工能够改善陶瓷材料难加工特性、提高加工质量及加工效率,因此超声技术在加工陶瓷材料方面应用日益广泛。此外,由于支持向量机(SVM)在数据回归方面出色的学习性能,使其成为数据回归分析必不可少的工具。基于此,本文对超声辅助磨削ZTA陶瓷内圆边界损伤及去除率进行了研究。首先,基于压痕边缘破碎估测韧性理论以及超声辅助内圆磨削力模型,得到陶瓷内圆磨削边界损伤深度模型,通过仿真分析发现陶瓷边界损伤深度值h随着断裂韧性值K_(IC)的增大而减小,随着载荷P的增大而增大;基于压痕断裂力学以及陶瓷材料磨削去除理论建立了陶瓷内圆磨削去除率模型,并分析发现超声磨削下单颗磨粒的切削沟槽宽度比普通磨削时要宽,切削宽度的增加必然引起材料去除率的提高。其次,开展磨削试验发现超声振动下ZTA陶瓷边界损伤程度明显低于普通磨削,同时,对不同磨削深度下的边界损伤深度值进行对比发现,随着磨削深度的增加,边界损伤深度值增加明显。另外,在磨削深度和工件速度对于材料去除率的影响试验中发现,材料去除率随磨削深度增加而增加,而超声振动下材料去除率随磨削深度的增加高于普通磨削,另外发现工件速度对材料去除率影响较弱。最后,基于支持向量学习机理论,编写支持向量机仿真程序,综合考虑磨削深度、砂轮转速、工件转速以及超声振动对内圆边界损伤深度及材料去除率的影响,基于试验数据对支持向量机参数进行训练,确定最优参数值;建立支持向量机陶瓷内圆边界损伤及材料去除率预测模型,并得到仿真预测值。对比仿真预测值和试验值,发现,基于支持向量机建立的边界损伤模型以及去除率模型误差率在5.79%以内,支持向量机在数据回归方面具有可靠的性能。
【图文】：

内圆,几何模型,边界,内圆磨削

在磨削加工中，，由于工程陶瓷本身的脆硬性使得在对其进行磨削加工中边缘压溃、破碎以及材料去除率低，加工效率低等问题，其中磨削力是边界质量及去除率的关键因素，因此有必要对内圆磨削力进行建模分析研究如何能够通过建立有效的模型，寻找减少边界损伤、提高材料去除有十分重要的意义。内圆磨削边界损伤模型1 内圆磨削边界损伤模型建立由于陶瓷材料本身的硬脆性使得对其加工多采用磨削的方式，在砂轮切表面时，突如其来的冲击作用力使工件极易在边缘处发生崩碎和破裂的瓷材料的传统加工中，通常依靠工人师傅多年来的实践经验来尽量避免的状况，缺少理论的指导。本节将建立在内圆磨削中陶瓷材料的边界损型，损伤几何模型如图 2-1 所示。

断裂韧性值,法向力,边界,磨削力

图 2-2 断裂韧性值 K IC、法向力 P 与边界损伤值 h 的关系 The relationship between fracture toughness value K IC, normal force Pandamage value h圆磨削力模型削加工中，磨削力主要来源于工件与砂轮在接触过程中引起的弹变形以及磨粒与工件之间的摩擦作用，它是表征磨削过程的重要力的大小会影响整个加工系统的稳定性，直接影响到待加工工件此外，控制磨削力能够控制加工过程中裂纹的产生，对材料边界要的作用。另外，磨削力大小不仅可以反映出砂轮和工件之间的够进一步揭示磨削机理、优化磨削参数值，同时也是建立边界损因此，对于磨削力的研究有着重要的理论价值和实际意义。颗磨粒的接触弧长
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG580.6;TG663

【参考文献】