氧化鋯陶瓷超精密飛刀加工仿真與試驗研究

發(fā)布時間：2020-11-07 10:43

　　氧化鋯陶瓷作為一種先進的工程材料,具有高硬度、耐高溫、耐磨損和耐燒蝕等優(yōu)良的材料性能,在航天航空、生物醫(yī)學以及信息通訊等領(lǐng)域得到了廣泛應用。但其作為一種典型的硬脆性材料,切削加工過程中存在已加工表面易產(chǎn)生脆性斷裂,刀具磨損嚴重等問題,嚴重制約了其大規(guī)模的推廣和使用。氧化鋯陶瓷產(chǎn)品對表面完整性具有極高的要求,金剛石飛切作為一種超精密加工技術(shù),具有較高的加工精度和效率,在該材料的切削加工成型中展示出了可行性和優(yōu)勢。本文設(shè)計并搭建超精密飛刀加工子平臺,以脆性材料的脆塑轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚摶A(chǔ),通過有限元仿真分析氧化鋯陶瓷材料的去除機理,在已搭建好的加工平臺上開展金剛石飛切氧化鋯陶瓷工藝試驗研究,探索了氧化鋯陶瓷的可加工性。基于現(xiàn)有三軸超精密銑床設(shè)計并搭建超精密飛刀加工平臺,包括飛刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和動態(tài)特性有限元分析,仿真結(jié)果表明系統(tǒng)的各階固有頻率遠高于飛刀盤的轉(zhuǎn)頻,可有效避免發(fā)生共振,且飛刀盤在高速旋轉(zhuǎn)時應變較小,對加工過程產(chǎn)生的影響很小;設(shè)計了一套用于超精密飛刀加工在機動平衡調(diào)試的方法與裝置,通過其對飛刀盤進行動平衡調(diào)試,保證平衡精度等級符合空氣主軸的精度要求。通過納米壓痕和維氏壓痕實驗測定氧化鋯陶瓷微觀力學性能參數(shù),并使用Bifano經(jīng)驗公式估算其脆塑轉(zhuǎn)變臨界切削厚度�；贘H2本構(gòu)模型在LS-DYNA中建立了氧化鋯陶瓷SPH切削仿真模型,通過仿真分析研究材料脆/塑性切削過程中材料去除機理、切屑形態(tài)、裂紋產(chǎn)生和擴展方式,并探索不同工藝參數(shù)和刀具參數(shù)對切削力、應力應變、脆塑轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律。通過飛切實驗測量氧化鋯陶瓷脆塑轉(zhuǎn)變臨界切屑厚度,驗證仿真模型的正確性。在已搭建好的超精密飛刀加工子平臺上,分別采用徑向和軸向飛切方式進行氧化鋯陶瓷的精密飛切試驗,分析飛切過程中的表面形貌、切削力特征、刀具磨損,探索飛刀加工氧化鋯陶瓷的可行性,并以控制飛切區(qū)域最大未變形切屑厚度作為選擇切削參數(shù)的原則,實現(xiàn)氧化鋯陶瓷材料的塑性域精密加工,獲得高質(zhì)量的加工表面。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ174.6
【部分圖文】：

深度模型,表面損傷,磨削過程,中亞