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《南京航空航天大学》 2017年
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镁铝尖晶石球罩固结磨料研抛机理

王占奎  
【摘要】:镁铝尖晶石具有很高的硬度和强度,良好的透光性和耐磨性,在民用和军事领域均有广泛的应用,特别适合于制造导弹球罩。但是镁铝尖晶石脆性大、物理化学性能稳定,常规的游离磨料研抛效率较低,精度差,成本高昂。因此,为避免镁铝尖晶石球罩加工的上述缺点,本文提出采用固结磨料研抛垫(Fixed Abrasive Pad,FAP)进行镁铝尖晶石的研抛加工,建立了镁铝尖晶石固结磨料研抛的平均切深和材料去除率模型,探索了其材料去除机理,开展了固结磨料球罩研抛垫凸起排布优化和制备工艺研究,制定了研磨和抛光的工艺路线和优化了工艺参数。主要工作包括:(1)单颗磨粒的平均切深和去除率模型根据FAP的结构特点,计算了固结磨料研抛加工有效磨粒的个数,并通过磨粒-工件-研抛垫三者之间的力学关系,推导并建立了固结磨料研抛过程单颗磨粒的平均切深模型和材料去除计算模型,讨论了工艺因素对其的影响规律。(2)镁铝尖晶石固结磨料研抛的材料去除机理将材料去除作用分为纯化学作用去除、纯机械作用去除和化学与机械耦合作用去除三大类,并建立了材料去除率分离模型和测试方法。实验结果显示,镁铝尖晶石固结磨料研抛的材料去除以纯机械去除为主,占整个材料去除率的67%左右。(3)研抛液对工件表面材料特性的影响机制采用显微硬度测试方法,测试了不同研抛液作用下镁铝尖晶石工件的显微硬度值和断裂韧性,并估算了其临界切深。采用XPS深度剖析方法估算了研抛液作用下工件表面软化层的厚度,分析了软化层产生的可能机制和对工件临界切深及加工性能的影响。(4)镁铝尖晶石固结磨料研抛的亚表面损伤预测与检测建立了镁铝尖晶石固结磨料研抛的离散元模型,根据单颗磨粒的最大切深预测了镁铝尖晶石工件的亚表面损伤层深度,并采用斜面抛光法对不同磨料粒径研抛下的工件亚表面损伤层深度进行检测,与预测结果进行了对比和分析。(5)镁铝尖晶石球罩研抛垫的凸起排布优化和制备工艺探索了镁铝尖晶石球罩研抛时磨粒的运动特征,并推导了磨粒运动轨迹长度的计算公式,以此建立了镁铝尖晶石球罩研抛垫上磨粒磨损量的计算模型并对凸起排布进行了优化,提出了球面研抛垫的“二次成型”制备工艺。(6)镁铝尖晶石固结磨料研抛的工艺研究探讨了研抛工艺参数对镁铝尖晶石固结磨料研抛效率和表面质量的影响规律,并根据实际加工阶段确定了合理的研磨、抛光工艺路线和参数,大大缩短了镁铝尖晶石产品的加工时间。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG580.6

【参考文献】
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