聚晶金刚石超声加工技术及机理研究

【摘要】：聚晶金刚石是20世纪70年代兴起的一种新型材料,具有良好的物理机械性能,可以用作精密工具和模具,但其成型加工和表面光整非常困难。超声加工是已知的加工硬脆材料的有效方法。在超声加工中,材料去除机理尚未完全研究清楚,因为磨粒尺寸太小,工具振幅很小,工作频率高达15-20kHz,所以无法观察到磨粒的工作状态,一般都是定性的分析。随着计算机技术的飞速发展,数值模拟已成为工程实际问题中的一种解决方法。尤其是近年来,有限元方法以快速、精确等优点在工程中得以广泛应用。 本文以在保证表面加工质量的前提下,提高聚晶金刚石超声加工效率为出发点,对加工机理和加工工艺规律进行了研究,主要内容有：1.分析了超声加工的材料去除机理,建立了材料去除率的数学模型。2.采用ANSYS/LS-DYNA软件对材料去除机理进行了有限元分析,建立了球形、菱形、锥形、楔形四种磨粒的有限元模型,模拟了磨粒碰撞工件的过程,进行了变形及应力分析,直观地反映了超声加工的材料去除过程。3.利用实验室已有设备进行了实验,分析了磨料粒度、磨粒浓度和工件转速等参数对材料去除率及工件表面粗糙度的影响,验证了数学模型的有效性,并利用实验结果对数学模型进行了修正,进一步提高了模型的精度。4.建立了超声加工材料去除率和表面粗糙度的BP网络预测模型,为工程应用提供了参考依据。