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1、萬方數(shù)據(jù)學(xué)校代號：10532學(xué)號：B1202S005密級：無湖南大學(xué)博士學(xué)位論文硬脆難加工材料高速磨削表面完整性及亞表面損傷研究萬方數(shù)據(jù)Studyonthesurfaceintegrityandsubsurface1●●●‘●●●^damageinhighspeedgrindmgothardbrittlematerialsCHENJianbinB．E．(HunanUniversity)2010Adissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsfor
2、thedegreeofDoctorofEngineering1nSolidMechanicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorFANGQihongNovember,2015川4Ⅲ2Ⅲ4Ⅲ6㈣9㈣0川3川Y萬方數(shù)據(jù)湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特另,JJm以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體
3、，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：僑例砥作者簽名：抓∥l誹、日期：7P砰72月多日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(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，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于l、保密0，在年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密函。(請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“、／”)作者簽名：
4、豫勻氓導(dǎo)師簽名：日期：．珈∥年／1月<日日期：≥日廬Jz月7日萬方數(shù)據(jù)硬脆難加工材料高速磨削表面完整性及亞表面損傷研究摘要硬脆材料如空間光學(xué)鏡片、藍(lán)寶石玻璃、晶體硅等，被廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備制造、微電子機(jī)械系統(tǒng)等國防及民用領(lǐng)域。然而，硬脆材料的高硬度、低韌性等缺點(diǎn)成為它的軟肋，在傳統(tǒng)的切削、磨削等加工制造中很容易產(chǎn)生裂紋、殘余應(yīng)力等缺陷，其中最為關(guān)鍵的問題是加工后亞表面損傷過大，必須通過后續(xù)的研磨拋光來去除，延長了制造周期，降低了加工效率。高速超高速磨削是磨削技術(shù)的飛躍，具有磨削力小、磨削區(qū)溫度低、材料去除率
5、高等特點(diǎn)，可集粗、精加工于一體，從而獲得良好的表面完整性和亞表面質(zhì)量，已作為高效的加工工藝廣泛應(yīng)用在硬脆材料的加工中。另一方面，高速磨削本質(zhì)上是一個(gè)非線性、高度動(dòng)態(tài)性的強(qiáng)熱力耦合過程，是一個(gè)物理、力學(xué)、摩擦學(xué)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜工程問題，影響因素眾多，因此也帶來了諸多新機(jī)理研究和對傳統(tǒng)磨削機(jī)理的突破性挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)硬脆難加工材料的高效低損傷乃至無損傷磨削加工，本論文對高速磨削過程中磨粒與工件之間的作用規(guī)律展開了較為系統(tǒng)的研究：分析了不同磨削參數(shù)對工件殘余應(yīng)力分布及離散度的影響；建立了考慮主軸振動(dòng)的高速精密磨削亞表面損傷預(yù)
6、測模型，探討了工件表面粗糙度和亞表面損傷的內(nèi)在關(guān)聯(lián)；基于微觀磨削力模型和比磨削能的概念，揭示了橢圓超聲輔助振動(dòng)磨削的脆塑性轉(zhuǎn)變行為機(jī)理，明確了延性域磨削的控制條件；此外，為通過裂紋的可控或自愈性能實(shí)現(xiàn)裂紋件的重復(fù)利甩，提出了熱輔助磨削模型，分析了磨削參數(shù)和表面熱源對亞表面裂紋擴(kuò)展的影響。本論文的主要研究成果和創(chuàng)新性工作如下：(1)建立了考慮熱力耦合效應(yīng)和磨粒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的單顆磨粒高速磨削殘余應(yīng)力分析的三維有限元仿真模型。通過對磨削接觸區(qū)和非接觸區(qū)相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力和溫度歷程進(jìn)行分析，揭示了強(qiáng)熱力耦合效應(yīng)下工件加工后所呈現(xiàn)的復(fù)雜
7、應(yīng)力狀態(tài)和溫度分布情形；運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，詳細(xì)分析了磨削速度和磨削深度等對加工工件殘余應(yīng)力離散度的影響，發(fā)現(xiàn)較小的磨削深度和較大的磨削速度均有利于工件實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的殘余應(yīng)力分布。通過了解和掌握工件加工表面的殘余應(yīng)力分布特性，能夠提高疲勞壽命預(yù)測精度，并通過控制機(jī)械加工表面殘余應(yīng)力去提高工件的疲勞壽命、可靠性等，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。(2)基于磨削運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和壓痕斷裂力學(xué)原理，考慮微觀磨削時(shí)砂輪主軸的振動(dòng)效應(yīng)，建立了新的表面粗糙度及亞表面損傷預(yù)測模型。通過理論和試驗(yàn)的對比分析，揭示了不同磨削參數(shù)對表面粗糙度及亞表面裂
8、紋深度的影響規(guī)律；討論了表面粗糙度及亞表面損傷隨砂輪主軸振動(dòng)幅值及頻率等參數(shù)的變化情況。結(jié)果表明，表面粗糙度和亞表面損傷隨工件速度和主軸振幅的增加而增大，使得表面萬方數(shù)據(jù)博士學(xué)位論文和亞表面質(zhì)量變差。相反，磨削速度的增加和主軸振動(dòng)頻率的降低能夠改善表面和亞表面的質(zhì)量。因此，砂輪主軸的設(shè)計(jì)應(yīng)保證有足夠高的剛度，以避開高速磨削時(shí)較高的旋轉(zhuǎn)頻率，避免
