超声振动辅助微磨削硬脆材料温度场研究

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1、分类号：TG580密级：公开UDC：编号：201331204019河北工业大学硕士学位论文超声振动辅助微磨削硬脆材料温度场研究论文作者：田富强学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：张建华职称：副教授资助基金项目：河北省自然科学基金项目[编号:E2012202088、E2012202112];河北工业大学优秀青年科技创新基金项目[编号:2012011]DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineer

2、ingSTUDYONGRINDINGTEMPERATUREFIELDOFHARDANDBRITTLEMATERIALSINULTRASONICVIBRATIONASSISTEDMICROENDGRINDINGbyTianFuqiangSupervisor:Prof.ZhangJianhuaMay2016ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofHebeiprovince[NoE2012202088,E2012202112]andtheInnovationFundforOutstandingYout

3、hofHebeiUniversityofTechnology[No2012011].原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描

4、、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权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；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要近年来，硬脆材料在航空航天、精密机械、医疗器械等领域中得到了广泛应用，但是，在磨削加工过程当中由于磨削参数选择不当，存在磨削力大、磨削温度高等因素，导致加工表面质量较差，从而限制了其进一步的推广使用。研究表明，机械—超声振动复合加工技术可有效降低磨削力、磨削温度和抑制砂轮磨

5、损等。因此，本文提出一种超声振动辅助微磨削技术解决硬脆材料加工中存在的问题，考虑到磨削温度能够直接反映磨削状况，系磨削加工过程中的重要参数，因此，本文拟以超声振动辅助微磨削为背景，对脆硬材料的磨削温度场进行研究，具有重要的理论与应用价值。主要研究内容如下：首先，对超声振动辅助微磨削温度场进行机理分析，建立了超声振动辅助微磨削的能量分配比模型，基于能量分配比模型得到进入工件的热流量；通过分析圆形热源特点建立超声振动辅助微磨削温度场解析模型，并通过MATLAB对石英玻璃工件的解析模型进行仿真分析。其次，为验证理论解析模型，且便于直观显示，基于ANSYS建

6、立了超声振动辅助微磨削的有限元模型，采用APDL语言对超声振动辅助微磨削温度场进行三维有限元仿真，仿真结果直观地揭示了三维温度场的形态特征和趋势规律。研究分析了不同磨削参数下石英玻璃温度场的变化和边界尺寸效应。最后，为验证上述仿真结果的正确性以及超声振动对磨削温度场的影响，设计了超声振动辅助微磨削温度场实验平台，通过热电偶测温法对石英玻璃工件进行了正交测温实验。实验结果表明：在不同的磨削加工参数下，引入超声振动能够有效的降低磨削过程中的温度；实验测得的温度与解析模型预测结果和有限元仿真结果较为吻合，但也产生了一定的误差，并对产生的误差进行了详细分析。

7、关键字：微磨削温度场超声振动有限元硬脆材料IABSTRACTInrecentyears,rapiddevelopmentofhardandbrittlematerialshasbeenpromotedinaerospace,precisionmachinery,medicalequipmentandotherfields.However,duetotheimproperselectionofgrindingparametersinthegrindingprocess,thereexistshighgrindingforce,highgrindingt

8、emperatureandpoormachiningsurfacequality.Therefore,its