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耐磨鋼管：氧化鋯陶瓷磨削表面質(zhì)量仿真與實(shí)驗(yàn)研究
文章發(fā)布日期：2019-09-12 16:00
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程陶瓷在車輛、航空航天、軍用設(shè)備和光學(xué)儀器等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛[]，而且對(duì)零件表面質(zhì)量要求較高。由于陶瓷的硬脆特性，磨削時(shí)材料的去除方式宏觀上表現(xiàn)為脆性去除，很難獲得的加工表面質(zhì)量。因此，傅玉燦等采用磨粒有序排布的砂輪及其精細(xì)的修整工藝實(shí)現(xiàn)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(tài)，從而實(shí)現(xiàn)脆性材料的延性域磨削[2]。Xie J等研究了微米級(jí)磨粒幾何參數(shù)對(duì)延性域磨削的影響，提出通過(guò)控制磨粒幾何參數(shù)并結(jié)合粗磨粒金剛石砂輪以實(shí)現(xiàn)硬脆材料的鏡面加工方法[3]。仇中軍等發(fā)明了硬脆材料磨削脆-延轉(zhuǎn)化臨界切削深度確定方法和裝置[4]。Chen J B等進(jìn)行了硬脆材料橢圓超聲波輔助磨削脆-韌轉(zhuǎn)換行為的理論研究，提出基于能量來(lái)預(yù)測(cè)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(yōu)粒度組合的超級(jí)磨料，來(lái)實(shí)現(xiàn)硬脆材料的高質(zhì)加工[7-9]。這些新工藝的出現(xiàn)，為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。開(kāi)展工程陶瓷超精密磨削表面質(zhì)量的研究，將為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、佳磨削工藝參數(shù)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。以氧化鋯陶瓷為研究對(duì)象，通過(guò)高速磨削仿真與實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析了工程陶瓷材料的去除機(jī)理及磨削參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)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(gè)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(jié)點(diǎn)應(yīng)變-熱耦合三角型單元(CPE3T)。工件是60 μm×60 μm×80 μm的長(zhǎng)方體，細(xì)化后的工件網(wǎng)格尺寸為0. μm×0. μm，采用4-結(jié)點(diǎn)應(yīng)變-熱耦合四邊形有限元單元(CPE4RT)，采用降階積分和二次計(jì)算精度，relax stiffness型沙漏控制。基于單顆金剛石磨粒磨削氧化鋯陶瓷時(shí)的材料特性及非線性行為，本文使用Drucker-Prager模型來(lái)建立氧化鋯陶瓷的材料模型。