基于超声辅助端面微磨削的硬脆材料磨削力建模-研究

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2、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：万方数据万方数据摘要微磨削技术适于加工脆硬材料，且加工零件表面精度及棱边精度高，对于加工复杂三维形状的脆硬材料微零件具有独特优势。然而，微磨削加工技术存在加工效率低、磨削热量大、微砂轮易磨损等缺陷。已有研究表明，机械—超声振动复合加工方法可有效减小切削力、降低磨削温度、抑制砂轮阻塞等。这为针对性地解决上述问题提供了一种有效的思路：于微磨削技术附加超声振动，成为一种复合加工方法—

3、—超声振动端面微磨削技术。磨削力作为一种能够综合反映磨削过程的重要加工参数，对其研究具有重要的意义，本文对硬脆材料超声振动端面微磨削磨削力进行了建模与实验研究。基于加工表面微观形貌分析，将端面磨削区域划分为主磨削区、耕犁磨削区、滑擦磨削区三个子磨削区域。通过磨粒运动学分析，研究了断续磨削实现的条件和脆—塑转变临界磨削参数。分别建立了不同材料去除机理下单颗磨粒磨削力模型：基于布氏硬度试验，建立了滑擦作用和耕犁作用下单颗磨粒磨削力模型；基于材料塑性剪切理论，采用改进的Janson-Cook本构模型，建立了塑性剪切下单颗磨粒磨削力模型；基于断裂力学及划痕试验原理，建

4、立了裂纹形成下单颗磨粒磨削力模型。从材料应变梯度塑性理论、泰勒位错理论、耕犁力与滑擦力影响的角度，考虑了尺寸效应对磨削力的影响。基于微径砂轮表面形貌分析、统计学原理和离散积分思想，建立了各子磨削区域整体磨削力模型，并最终建立了砂轮整体磨削力模型。设计了超声振动端面微磨削试验平台，模型预测结果与实验结果较为吻合，结果表明：当频率系数k不为整数且进给—振幅比率λ小于2时，超声振动辅助端面微磨削能够实断续磨削；附加超声振动使法向磨削力、进给方向磨削力、横向进给方向磨削力分别最高降低了65.6%、47.7%、42.2%；附加超声振动使加工表面质量得到明显改善；随砂轮转

5、速增大、进给速度减小、磨削深度降低，磨削力减小，加工表面质量逐渐改善。关键字：超声振动微磨削尺寸效应脆—塑转变磨削力建模I万方数据II万方数据ABSTRACTMicro-grindingprovidesacompetitiveedgeformachining3Dmicrocomponentsandstructureofhardandbrittlematerial,becauseofitsespecialcapableforprocessinghardandbrittlematerial.However,thereexistseveraldisadvantage

6、sinpresentmicro-grindingtechnology,suchaslowefficiency,highheatgenerationandrapidmicrowheelwear,etc.Previousresearchesindicatethatseveralsignificantadvantagescanbeachievedinvibrationassistedmachining,suchasdecreaseofmachiningforceandheat,andrelievingofwheelobstruction,etc.Soaprocess

7、ingmethodultrasonicvibrationassistedmicroendgrindingUAMEG,addingsmall-amplitudeultrasonicvibrationtowork-pieceinmicroendgrinding,isinvestigatedinthisworktoimprovethepresentmicro-grindingtechnology.Grindingforceisoneofthemostimportantparameterswhichcansyntheticallyreflectthegrindingp

8、rocess.So,thegrindi