脆性材料单磨粒磨削过程亚表面损伤和材料去除机理研究

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1、学校代号10532学号S150200202分类号O343密级公开硕士学位论文脆性材料单磨粒磨削过程亚表面损伤和材料去除机理研究学位申请人姓名张亮培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称方棋洪教授学科专业工程力学研究方向材料细微观力学及应用论文提交日期2018年5月14日学校代号：10532学号：S150200202密级：公开湖南大学硕士学位论文脆性材料单磨粒磨削过程亚表面损伤和材料去除机理研究学位申请人姓名：张亮导师姓名及职称：方棋洪教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：工程力学论文提交日期：2018年5月14日论文答辩日期：2018年5

2、月18日答辩委员会主席：程军圣教授Studyonsubsurfacedamageandmaterialremovalinsingle-gritgrindingofbrittlematerialsbytheoreticalanalysisByZHANGLiangB.E.(AuhuiAgriculturalUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinEngineeringMechani

3、csintheGraduateSchoolOfHunanUniversitySupervisorProfessorFangQihongMay,2018湖南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，

4、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。本人授权湖南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。本学位论文属于1、保密□，在年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I脆性材料单磨粒磨削过程亚表面损伤和材料去除机理研究摘要在工程实际中，工程陶瓷和光学玻璃等脆性材料由于其独特的物理和力学性能，广泛应用于光学、医疗、军工等产品中。但是脆性材料由于其高硬度，难加工，易脆

5、性断裂等缺点，导致加工过程中容易出现表面和亚表面损伤，同时加工效率低。为了实现高效低亚表面损伤磨削加工，本论文系统研究了磨削脆性材料中，单磨粒和工件的接触规律。基于单磨粒未变形切屑模型，分析了单磨粒最大压入深度与磨粒尺寸的关系。基于压痕断裂力学理论分析模型，分析了亚表面损伤深度与磨削参数和磨粒尺寸的关系。基于单磨粒振动磨削模型，分析了亚表面损伤深度与磨削参数和振动参数的关系。基于材料去除模型，分析了脆性材料去除和磨粒尺寸的关系。本论文研究内容的创新点如下：（1）基于单磨粒未变形切屑模型，分析了三角形截面、尖端圆角三角形截面以及梯形截面最大未变

6、形切屑厚度。建立了三种单磨粒在磨削过程中最大压入深度的预测模型，得出了单磨粒最大压入深度与磨削参数以及磨粒尺寸的数学表达式。单磨粒最大压入深度随着磨削速度与工件进给速度比增加而减小，而随着磨削深度的增加而增大。同时发现，不同单磨粒截面在相同磨削参数下，最大压入深度不同，尖角三角形截面磨粒、圆角三角形截面磨粒和梯形截面磨粒对应的最大压入深度依次递减。此外，如果磨粒半角作为磨粒大小依据，则当磨粒越大时，相应的压入深度变小。（2）基于压痕断裂力学理论分析模型，分析了磨削参数和磨粒尺寸对亚表面损伤的影响。修正了原有的理论模型，提出了圆角三角形截面和梯

7、形截面磨粒下裂纹系统深度的预测模型。并考虑了磨粒弹性回复深度的影响，引入了深度比对中径裂纹的影响。提高磨削速度与工件进给速度比值能够通过减小中径裂纹的深度从而使得工件材料亚表面损伤减小，有利于获得低损伤高加工表面质量。此外，中径裂纹的深度随着深度比的增大而减小。为了获得低损伤高加工质量的加工表面在实际加工中选择较高的磨削速度与工件速度比，较小的磨削深度更加合理。（3）基于单磨粒振动磨削模型，分析了提出了单磨粒磨削参数和振动参数下裂纹系统的深度预测模型。初始磨削深度对亚表面损伤深度的影响,发现在预测模型中忽略振动会导致亚表面损伤深度的被低估。对

8、于频率比大于1的磨削过程,亚表面损伤深度首先增加,然后随着阻尼比的增加而减小。（4）基于材料去除模型，分析了材料处于韧性去除和脆性断裂去除方式下材料去除，提出了脆性