基于离散元法的砂轮建模及氧化铝陶瓷磨削仿真研究

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1、学校代码10530学号201510161662分类号TH113密级公开硕士学位论文基于离散元法的砂轮建模及氧化铝陶瓷磨削仿真研究学位申请人张黎指导教师姜胜强副教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向先进制造技术二〇一八年六月ModelingofGrindingWheelandStudyontheGrindingSimulationofAluminaCeramicBasedonDiscreteElementMethodCandidateZhangLiSupervisorA.Prof.JiangShengqiangCollegeSchoolofMechanical

2、EngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationAdvancedManufacturingTechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声

3、明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月I湘潭大学硕士学位论文摘要工程陶瓷由于本身具有诸多优良性能而被广泛应用于机械、国防、航空航天、电子、汽车等领域。由于工程陶瓷固有的硬脆性等特点，采用金刚石砂轮进行磨削加工依然

4、是陶瓷材料实现精密和超精密加工的主要手段之一。随着机械产品精度、可靠性和使用寿命的要求不断提高，给磨削加工提出了许多难题。磨削加工过程本质上是由大量离散分布在砂轮表面的磨粒对被加工材料进行作用，所以对于磨削加工过程的仿真，砂轮的单颗磨粒及砂轮整体模型的建立是重要基础。因此有必要从单颗磨粒的微观特征出发，研究磨粒的形状、粒径及空间分布对磨削过程的影响。本文以陶瓷结合剂金刚石砂轮为研究对象，采用实验和数值仿真相结合的方法来研究砂轮表面形貌参数对氧化铝陶瓷磨削过程的影响。主要工作内容包括以下几个方面：（1）选择了120#的陶瓷结合剂金刚石砂轮和80#、100#和120#的金

5、刚石粉末，通过超景深显微镜和光学显微镜对磨粒在砂轮表面的分布情况、磨粒形状以及磨粒粒径大小进行了检测。对检测结果进行了分析，为后续建模提供了依据。（2）采用颗粒流离散元软件PFC3D建立了氧化铝陶瓷模型、砂轮结合剂模型、单磨粒模型以及砂轮结合剂对磨粒的把持力模型，通过数值仿真对模型进行力学性能参数校准，使其力学性能和形状等与实际材料相符。（3）结合所建立的氧化铝陶瓷模型和单磨粒模型，得到氧化铝陶瓷的单磨粒切削加工仿真模型。通过仿真，研究了不同参数下磨粒形状对切削过程的影响，并通过单磨粒切削实验与仿真结果进行对比分析。（4）改变磨粒在结合剂表面的排布方式，结合氧化铝陶瓷

6、模型，得到磨粒排布方式不同情况下的磨削加工仿真模型。通过仿真，研究了不同磨粒排布方式对磨削过程的影响，并通过砂轮磨削实验与仿真结果进行对比分析。关键词：工程陶瓷；磨削加工；砂轮建模；离散元法I湘潭大学硕士学位论文AbstractEngineeringceramicshavebeenwidelyusedinmachinery,nationaldefense,aerospace,electronics,automobilesandotherfieldsbecauseoftheirexcellentproperties.Duetotheinherenthardnessand

7、brittlenessofengineeringceramics,grindingwithdiamondgrindingwheelisstilloneofthemainmeanstoachieveprecisionandultra-precisionmachiningofceramicmaterials.Withthecontinuousrequirementsofprecision,reliabilityandservicelifeofthemechanicalproducts,manydifficultieshaveoccurredtogrind