基于超聲輔助端面微磨削的硬脆材料磨削力建模研究

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1、原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文不包含任何他人或集體已經(jīng)發(fā)表的作品內(nèi)容，也不包·含本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人或集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：關(guān)于學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)的說明本人完全了解河北工業(yè)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的以下規(guī)定：學(xué)校有權(quán)采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供本學(xué)位論文全文或者部分內(nèi)容的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)將

2、學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流；學(xué)校有權(quán)向國家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：日期：導(dǎo)師簽名：日期：萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要微磨削技術(shù)適于加工脆硬材料，且加工零件表面精度及棱邊精度高，對于加工復(fù)雜三維形狀的脆硬材料微零件具有獨(dú)特優(yōu)勢。然而，微磨削加工技術(shù)存在加工效率低、磨削熱量大、微砂輪易磨損等缺陷。已有研究表明，機(jī)械—超聲振動復(fù)合加工方法可有效減小切削力、降低磨削溫度、抑制砂輪阻塞等。這為針對性地解決上述問題提供了一種有效的思路：于微磨削技術(shù)附加超聲振動，成為一種復(fù)合加

3、工方法——超聲振動端面微磨削技術(shù)。磨削力作為一種能夠綜合反映磨削過程的重要加工參數(shù)，對其研究具有重要的意義，本文對硬脆材料超聲振動端面微磨削磨削力進(jìn)行了建模與實(shí)驗(yàn)研究。基于加工表面微觀形貌分析，將端面磨削區(qū)域劃分為主磨削區(qū)、耕犁磨削區(qū)、滑擦磨削區(qū)三個子磨削區(qū)域。通過磨粒運(yùn)動學(xué)分析，研究了斷續(xù)磨削實(shí)現(xiàn)的條件和脆—塑轉(zhuǎn)變臨界磨削參數(shù)。分別建立了不同材料去除機(jī)理下單顆磨粒磨削力模型：基于布氏硬度試驗(yàn)，建立了滑擦作用和耕犁作用下單顆磨粒磨削力模型；基于材料塑性剪切理論，采用改進(jìn)的Janson-Cook本構(gòu)模型，建立了塑性剪切下單顆磨粒磨削力模型；基于斷裂力學(xué)及劃痕

4、試驗(yàn)原理，建立了裂紋形成下單顆磨粒磨削力模型。從材料應(yīng)變梯度塑性理論、泰勒位錯理論、耕犁力與滑擦力影響的角度，考慮了尺寸效應(yīng)對磨削力的影響。基于微徑砂輪表面形貌分析、統(tǒng)計學(xué)原理和離散積分思想，建立了各子磨削區(qū)域整體磨削力模型，并最終建立了砂輪整體磨削力模型。設(shè)計了超聲振動端面微磨削試驗(yàn)平臺，模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合，結(jié)果表明：當(dāng)頻率系數(shù)k不為整數(shù)且進(jìn)給—振幅比率λ小于2時，超聲振動輔助端面微磨削能夠?qū)崝嗬m(xù)磨削；附加超聲振動使法向磨削力、進(jìn)給方向磨削力、橫向進(jìn)給方向磨削力分別最高降低了65.6%、47.7%、42.2%；附加超聲振動使加工表面質(zhì)量得到明

5、顯改善；隨砂輪轉(zhuǎn)速增大、進(jìn)給速度減小、磨削深度降低，磨削力減小，加工表面質(zhì)量逐漸改善。關(guān)鍵字：超聲振動微磨削尺寸效應(yīng)脆—塑轉(zhuǎn)變磨削力建模I萬方數(shù)據(jù)II萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTMicro-grindingprovidesacompetitiveedgeformachining3Dmicrocomponentsandstructureofhardandbrittlematerial,becauseofitsespecialcapableforprocessinghardandbrittlematerial.However,thereexistseveraldi

6、sadvantagesinpresentmicro-grindingtechnology,suchaslowefficiency,highheatgenerationandrapidmicrowheelwear,etc.Previousresearchesindicatethatseveralsignificantadvantagescanbeachievedinvibrationassistedmachining,suchasdecreaseofmachiningforceandheat,andrelievingofwheelobstruction,et

7、c.SoaprocessingmethodultrasonicvibrationassistedmicroendgrindingUAMEG,addingsmall-amplitudeultrasonicvibrationtowork-pieceinmicroendgrinding,isinvestigatedinthisworktoimprovethepresentmicro-grindingtechnology.Grindingforceisoneofthemostimportantparameterswhichcansyntheticallyrefle

8、ctthegrindingprocess.So,thegrindi