納米陶瓷超聲振動(dòng)磨削表面-亞表面損傷機(jī)理研究.pdf

1、由于陶瓷材料具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕、不導(dǎo)電、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性,使其在航天航空、化工等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。磨削作為硬脆材料常用的加工手段被廣泛應(yīng)用于陶瓷材料的精加工之中。但傳統(tǒng)的磨削方式加工效率低,加工成本高,且表面質(zhì)量較差。超聲振動(dòng)磨削技術(shù)的引入大大提高了陶瓷材料的加工效率,降低了加工成本。由于陶瓷材料的高硬度和高脆性,其在加工過程中表面易留下加工損傷,如表面/亞表面裂紋、表面破碎、表面粉碎以及殘余應(yīng)力等,上述

2、加工損傷的存在將嚴(yán)重影響陶瓷工件的疲勞壽命及使用安全。為此本文從陶瓷材料磨削的表面完整性、表面/亞表面裂紋的成核及其擴(kuò)展過程和表面殘余應(yīng)力等方面對(duì)超聲振動(dòng)磨削陶瓷表面/亞表面損傷機(jī)理進(jìn)行了深入研究。從微觀角度揭示了超聲振動(dòng)對(duì)陶瓷材料表面/亞表面損傷的形成機(jī)理,為陶瓷材料的高效、精密無損加工提供理論依據(jù)。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.分析了陶瓷材料的去除機(jī)理,并對(duì)超聲磨削陶瓷表面損傷進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明超聲振動(dòng)磨削可以在較大切

3、深范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)材料的塑性域磨削,從而可以在提高加工效率的同時(shí)有效降低工件的磨削損傷。而普通磨削則在較小磨削深度時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)表面破碎等表面損傷。
　　2.根據(jù)壓痕斷裂力學(xué)相關(guān)理論分析了超聲磨削應(yīng)力場,并在此基礎(chǔ)上對(duì)超聲振動(dòng)磨削時(shí)裂紋成核及擴(kuò)展機(jī)理做了詳細(xì)討論。分析表明超聲磨削過程中磨削應(yīng)力場是一個(gè)高頻交變應(yīng)力場,該交變應(yīng)力場將加速材料的疲勞斷裂,同時(shí)該交變應(yīng)力場將促使裂紋向自由表面擴(kuò)展,從而阻止裂紋向工件內(nèi)部擴(kuò)展,降低亞表面裂紋損傷。