超聲ELID復合內圓磨削ZTA納米復相陶瓷的磨削機理.pdf

1、納米復相陶瓷以其優(yōu)異的力學性能、穩(wěn)定的化學性能和較低的微缺陷敏感性，正成為國民經濟和尖端科技領域的一類關鍵性材料。不過，納米復相陶瓷的應用需要很高的形狀尺寸精度和表面完整性，其加工仍然較困難，突出表現(xiàn)為難以同時實現(xiàn)高精度、高效率和高可靠性加工。本文將以精密高效為主要特征的超聲振動技術和以超精密鏡面為主要特征的ELID（在線電解修銳）磨削技術相復合，以ZTA納米復相陶瓷為載體，研究超聲振動參數(shù)、磨削參數(shù)與ELID參數(shù)之間的關系及其對磨削過

2、程的影響，以及超聲 ELID磨削工藝參數(shù)對工件表面紋理的影響關系，以揭示超聲ELID磨削納米復相陶瓷的磨削機理，為進一步完善硬脆材料高效鏡面加工理論和技術提供支撐。
　　本研究主要內容包括：⑴搭建超聲ELID復合磨削ZTA納米陶瓷試驗研究平臺。主要工作包括：基于波動理論和ANSYS有限元模態(tài)分析方法設計超聲振動系統(tǒng)；分別設計電解裝置的陽極和陰極，然后將它們集成為ELID裝置；根據電火花加工原理，并通過調節(jié)整形各階段的參數(shù)，對鑄鐵結

3、合劑金剛石砂輪進行整形試驗，使砂輪的初始圓度誤差由32μm降低到約2μm，大多數(shù)磨粒凸出鑄鐵結合劑表面，從而達到砂輪精度要求。⑵根據超聲ELID復合內圓磨削砂輪氧化膜生長和去除的電化學原理，并考慮軸向超聲振動輔助磨削幾何參數(shù)等因素，建立任意時間超聲ELID復合磨削砂輪氧化膜厚度預測模型。對該模型進行仿真分析的結果表明：在氧化膜厚度近似線性增長階段，極間間隙越大，則氧化膜形成厚度越小，形成速度越慢；磨粒體積比越大，則氧化膜形成厚度越大，形

4、成速度越快；占空比越大，則氧化膜形成厚度越大，形成速度越快。在氧化膜厚度呈非線性增長階段，超聲頻率越高，則成膜速度越快，平衡時形成的氧化膜厚度越大。⑶開展單因素試驗，歸納出電源電壓、脈沖寬度與脈沖間隔、極間間隙、砂輪轉速及超聲振動對超聲ELID復合磨削預修銳階段氧化膜的厚度、形成速率、表面形貌的影響機理；通過改變砂輪轉速、工件轉速、磨削深度、砂輪粒度，定性分析動態(tài)磨削過程中各參數(shù)對氧化膜狀態(tài)的影響；進行停電光磨試驗和停電光磨附加超聲振動

5、試驗，揭示超聲振動對氧化膜拋光性的影響機理。為驗證砂輪氧化膜厚度模型，采集砂輪預修銳和動態(tài)磨削過程中測量點的厚度值，同時理論計算測量點的參數(shù)值，結果表明，玻爾茲曼函數(shù)擬合的相關度較好，厚度測量值趨勢與理論預測值趨勢相仿，這反映氧化膜厚度隨時間而不斷增長，增長速度隨時間而變緩，從而證實氧化膜厚度模型的合理性。⑷在超聲ELID復合磨削磨粒運動學分析和動態(tài)有效磨粒數(shù)模型構建的基礎上，建立超聲ELID復合磨削平均未變形磨屑厚度模型。接著開展超聲

6、ELID磨削ZTA納米陶瓷材料去除特性試驗，通過研究磨削深度與磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌的變化關系，將磨削深度與磨削結果之間的關系轉變?yōu)槲醋冃文バ己穸扰c磨削結果之間的關系。通過分析不同未變形磨屑厚度條件下磨削力和表面粗糙度的變化規(guī)律以及工件表面SEM（掃描電子顯微鏡）照片，確定ZTA納米陶瓷材料去除的脆塑性轉變條件為平均未變形磨屑厚度1.565μm。然后基于未變形磨屑厚度模型建立表面粗糙度模型，通過模型仿真和表面粗糙度試驗證實表面