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      耐磨鋼管:氧化鋯陶瓷磨削表面質量仿真與實驗研究

      文章發布日期:2019-09-12 16:00
      隨著科學技術的不斷發展,工程陶瓷在車輛、航空航天、軍用設備和光學儀器等領域應用越來越廣泛[],而且對零件表面質量要求較高。由于陶瓷的硬脆特性,磨削時材料的去除方式宏觀上表現為脆性去除,很難獲得的加工表面質量。因此,傅玉燦等采用磨粒有序排布的砂輪及其精細的修整工藝實現單顆磨粒切厚均勻化,使得每顆磨粒都處于脆性材料的延性加工狀態,從而實現脆性材料的延性域磨削[2]。Xie J等研究了微米級磨粒幾何參數對延性域磨削的影響,提出通過控制磨粒幾何參數并結合粗磨粒金剛石砂輪以實現硬脆材料的鏡面加工方法[3]。仇中軍等發明了硬脆材料磨削脆-延轉化臨界切削深度確定方法和裝置[4]。Chen J B等進行了硬脆材料橢圓超聲波輔助磨削脆-韌轉換行為的理論研究,提出基于能量來預測臨界未變形切屑厚度的新方法[5]。Li C H等提出了半延展性磨削模型[6]。也有研究在小磨屑厚度下,采用高砂輪線速度和優粒度組合的超級磨料,來實現硬脆材料的高質加工[7-9]。這些新工藝的出現,為產品的開發提供了技術支持。開展工程陶瓷超精密磨削表面質量的研究,將為產品設計、佳磨削工藝參數的選擇提供科學依據。以氧化鋯陶瓷為研究對象,通過高速磨削仿真與實驗,對比分析了工程陶瓷材料的去除機理及磨削參數對加工表面質量的影響。

      有限元仿真模型的建立 單顆磨粒磨削有限元模型如圖所示。磨粒的幾何形狀是一個高3 μm,半徑5 μm,頂錐角20°的理想椎體,定義為剛體,采用3-結點應變-熱耦合三角型單元(CPE3T)。工件是60 μm×60 μm×80 μm的長方體,細化后的工件網格尺寸為0. μm×0. μm,采用4-結點應變-熱耦合四邊形有限元單元(CPE4RT),采用降階積分和二次計算精度,relax stiffness型沙漏控制?;趩晤w金剛石磨粒磨削氧化鋯陶瓷時的材料特性及非線性行為,本文使用Drucker-Prager模型來建立氧化鋯陶瓷的材料模型。

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