工程陶恣超精密磨削机理与实验研究

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1、天津大学博士学位论文工程陶恣超精密磨削机理与实验研究姓名：林滨申请学位级别：博士专业：机械制造指导教师：于思远1999.8.1叁塞苎!苎圭!坚三塞苎耋苎丝!曼墅壑曼皇塞丝塞——摘要超精密磨削技术作为硬脆材料超精密加工最适宜方法之一，目前已在国防、航空航天、核能、机械、汽车及国民经济各高技术领域广泛应用，其加工理论及加工技术的研究无疑具有重要的理论和实用价值。本文共分六章，第一章介绍了研究超精密磨削加工技术的重要意义，并对超精密磨削技术的实现条件和发展概况作了较为全面的综合评述。第二章至第五章是本论文研究的主要内

2、容，即工程陶瓷超精密磨削机理(宏观和微观)、超精密磨削的关键工艺装备、超精密磨削的表面质量和延性域磨削实验研究四大部分，最后一章是全文总结。添文主要的工作和创造性的成果有以下几个方面：1．以陶瓷材料压痕断裂力学、线性断裂力学和微观断裂物理学为理论基础，系统的分析和讨论了磨削加工过程中微裂纹的产生机理及其影响因素，建立了裂纹分布模型，并根据位错产生微裂纹机制，对磨削过程微裂纹的形成采用位错塞积模型来描述，从能量平衡的角度，讨论位错裂纹的稳定性与磨削应力的关系，确定了材料脆性去除和塑性去除转换的临界条件，最终建立以

3、此为基础的工程陶瓷材料延性域去除模型。2．首次采用与常规连续力学理论有显著不同的分子动力学方法，建立磨粒和工件的原子模型，从分子，原子空间角度来观察微量磨削过程的磨削能量的消耗、应力状态、磨削力、磨削温度等特征，并解释了微观材料去除和表面形成机理，研究表明：晶格重构原子与一部分非晶层原子堆积在磨粒的前上方，由于磨粒不断前移最终形成磨屑而实现材料去除；由于磨粒不断前移，处在磨粒前下方的非晶层原子在压应力的作用下与已加工表层断裂的原予健结合重构形成已加工表面变质层，变质层由内外两层组成，最外层是非晶层，内层是晶格变

4、形层。3．在划痕实验和微细金刚石砂轮磨削实验的基础上，进行了已加工表面几何形貌和断裂区比的观察，探讨了实现延性／脆性转换的临界条件和规律，认为磨削深度微量化将是实现工程陶瓷材料脆塑性转换的重要条件；此外，无论是金刚石砂轮端面磨削还是往复式平面磨削，工程陶瓷超精密磨削的比磨削能将随着磨削深度的增加而减少，比磨削能随着材料去除率的增加而显著减少，因此，“尺寸效应”在微细加工过程中具有重要作用。4．开发研制成功磨削用微进给工作台和高分辨率直流驱动电源，为工程陶瓷的超精密磨削加工提供了关键工艺装备。该工作台最大行程为1

5、6#肼，位移分辨率

6、晶粒边界台阶和微凹微凸是影响超精密磨削表面粗糙度的主要因素，各因素幅值按上述排列顺序递减。)关键词，工程陶瓷计算机仿真微观几何形貌超精密磨削加工机理临界条件分子动力学微进给系统延性域磨削表面质量叁童叁童苎兰!堕三兰竺童!堕窦塞墼苎苎些童竺塑苎：——TheoreticalandExperimentalStudiesontheUltra．precisionGrindingofEngineeringCeramicsfDissertationforDoctoralDegreeinEngineering)Candidat

7、e：LinbinSupervisors：Pr西YusiyuanABS丁RACTASthefittestmethodofUltra．precisionmachiningofthehard／brittlematerials，fflultra-precisiongrindingtechnologyiswidelyusedinnationaldefenceindustry,aeronauticsandastronaut’Sprecisionmanufacturing，atomicenergy,machinetool，a

8、utomobileindustryandothernewandhightechnologyfields．Sothereareimportanttheorysignificanceandpracticalvaluetosystematicallystudyitsmachiningmechanismandtechnique．Thedissertationconsistsofsixchapt