工程陶瓷点磨削表面质量建模及其演化机理的研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文工程陶瓷点磨削表面质量建模及其演化机理的研究作者姓名：马廉洁指导教师：巩亚东教授东北大学先进制造与自动化研究所申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：机械制造及其自动化论文提交日期：2014年5月论文答辩日期：学位授予日期：语阚入’§答辩委员会主席：夏知易东北大学2014年6月2014年7月夏射幽万方数据ADissertationinMechanicalManufacturingandAutomationModeledforSurfaceQualityandEvolutionMechani

2、sminPointGrindingEngineeringJ_-Ueramics}IIIIJlUlIllllllllllllllllllIIlY2995647ByLianjieMaSupervisor：ProfessorGongYadongNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

3、献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：玛刀。膳日期：切fy．多．才学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口学位论文作者签名：孑魂惑签字日期：沙l毕．6、谚、／两年可珏％％邓岛名期签日师字导签万方数据东北大学博士学位论文摘要工程陶瓷点磨削

4、表面质量建模及其演化机理的研究摘要点磨削是一种新兴的高效、高精度的加工方法，其加工机理尚未被完全认识。工程陶瓷作为一种长寿命结构材料，是一种典型的硬脆性难加工材料，在军工、航天、核能等高技术领域具有广泛的用途，加工过程具有一定的随机性。其材料塑．脆性去除机制、高效加工的基本模型、高质量的加工方法和工艺条件，是该领域的研究难点，具有重要的学术价值和战略意义。鉴于此，本文将点磨削技术用于工程陶瓷材料加工，以表面粗糙度、表面硬度作为研究目标，在认识其加工机理的基础上，通过多算法融合，建立表面粗糙度、表面硬度的数学模型，揭示其与工艺参

5、数之间的关系，为工程陶瓷点磨削效率提升、质量控制提供理论依据。本文的工作主要体现在以下几个方面：(1)在Ofimth断裂强度理论的基础上，通过压痕理论分析，获得了氟金云母陶瓷、微晶玻璃的塑．脆性微观断裂转变的临界条件；通过工程陶瓷点磨削试验，研究了其材料去除机制、表面形成机制。结果表明，材料的显微硬度值越低，弹性模量值越高，适当的点磨削工艺参数，是实现塑性域磨削的有利条件。材料表面成形与成屑是脆性与塑性共存机制，点磨削工程陶瓷的材料去除形式为块状崩除，粉末状切屑(微观颗粒)。(2)基于点磨削砂轮．工件干涉轨迹运动学方程，分析了

6、表面粗糙度模型与点磨削工艺参数之间的关系，通过试验与多个粗糙度模型的对比分析，提出了工程陶瓷点磨削表面粗糙度的改进模型，并以正交试验进行验证，结果显示改进模型的精度最高。提出了相对极值差的概念，并结合标准差来共同检验模型对各因素的敏感程度以及模型计算值与试验值的吻合程度，结果表明，改进模型与工艺因素之间的敏感程度最高，吻合程度最好。(3)根据量子力学理论，在材料成分分析的基础上，从第一性原理出发，估算了材料的理论硬度、键硬度，并与试验值进行了比较，分析了材料实际硬度损失的原因。基于最4、---乘法建立了表面显微硬度与工艺参数之

7、问的多元线性回归模型，并对回归方程和回归系数进行了显著性和相关性检验。结果表明，多元回归预测模型具有较高的显著性，Ill万方数据东北大学博士学位论文摘要最后进行了实验验证。(4)通过激振试验、空转试验和点磨削加工试验，分析了加速度振动信号的时域和频域特征，研究了陶瓷材料高效点磨削过程的振动特性。空转试验结果表明，外界激振力频率基本与主轴转速频率吻合，因此由于砂轮．主轴单元系统的不平衡所产生的振动对磨削过程的影响最大。在磨削过程简单单因素振动试验结果表明，砂轮线速度、磨削深度和工件速度对磨削过程振动频谱的影响明显。(5)通过简单

8、单因素试验，研究了点磨削低膨胀微晶玻璃表面粗糙度与工艺参数之间的关系、点磨削氟金云母陶瓷表面硬度与工艺参数之间的关系，提出了模型假设，基于BP、RBF神经网络算法，进行了数值拟合，并对模型进行了检验。在单因素数值拟合的基础上，提出了点磨削表面硬度和表面粗糙度的多元复杂模型假设