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《天津大学》 2016年
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轴向超声振动辅助磨削加工机理与试验研究

王岩  
【摘要】:高温合金、功能陶瓷、复合材料等先进材料已经广泛应用于航空航天、船舶、核电、汽车、电子、医疗等领域。随着先进材料应用范围的迅速扩大,材料的加工问题接踵而来。先进材料加工技术包含了对金属、合金、陶瓷、复合材料等难加工材料的处理方法,是加工制造行业的核心技术。超声振动辅助加工技术作为一种精密、有效的先进材料加工方法,被越来越多的研究人员所关注。对超声振动辅助加工展开细致的研究,揭示超声振动辅助加工的原理是实现先进材料高效、精密加工的重要途径。超声振动辅助加工主要包含超声振动辅助磨削、车削、铣削、钻削等加工方式,分别具有不同的材料去除方式以及加工机理。其中超声振动辅助磨削具有广阔的应用前景,被广泛应用于工件表面成型以及材料去除等方面。从理论上研究超声振动辅助磨削的加工机理,对设计超声振动装备,优化超声加工工艺以及提高超声加工质量起着决定性的作用。目前对超声振动辅助磨削技术的工程应用已经成熟,而对加工机理的研究以及对超声振动系统与机床系统之间的匹配探索仍存在一些问题。为了解决超声振动辅助磨削加工中存在的一系列难题,本文进行了以下几方面的研究工作:1)研究并设计超声振动系统,设计超声变幅杆、超声专用刀具,对所设计的变幅杆进行有限元仿真,在实际应用中揭示超声振动系统的问题,从设计层面提出解决方案。2)研究轴向超声振动辅助磨削的加工机理,从运动学分析、磨粒轨迹运动模型、材料去除率模型、磨削力模型等角度开展了全面的理论研究。3)针对塑性材料超声振动辅助磨削加工,提出超声系统与机床系统的系统匹配概念。将超声振动系统的功能参数整合到加工过程当中,确定了超声加工的系统匹配模型,揭示了超声参数对磨削质量的影响规律。4)针对脆性材料超声振动辅助磨削加工工艺,从理论上描述脆性材料超声加工材料去除机理,提出脆性材料加工的系统匹配模型。解释了超声加工中磨削力以及表面形貌的形成机理,验证了超声加工的效果。5)针对C/SiC复合材料加工中的难点,使用超声振动锉削的方法加工工件,结合硬脆材料的超声加工机理研究,分析了表面损伤机理,描述了超声锉削加工的材料表面创成机制,并通过实验研究验证了理论的准确性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG663;TG580.6

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【参考文献】
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