特种陶瓷切削力理论建模及表面质量的研究

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特种陶瓷以硬度高、耐高温、耐腐蚀等优越的性能受到了广泛的关注,但陶瓷是典型的脆性材料,加工过程中存在效率低、成本高、加工质量难以保证等问题,限制了特种陶瓷的广泛应用。车削加工陶瓷具有效率高、成本低等优点,具有良好的前景。但目前对陶瓷车削的研究很少,去除机理尚不成熟,切削力理论模型有待完善。本文对陶瓷车削材料去除机理进行研究,建立切削力理论模型,并对已加工表面质量进行研究。本文工作主要体现在以下几个方面:1.通过对陶瓷车削加工过程运动学分析,提出了材料去除厚度,研究了材料去除厚度和刀尖钝圆半径的关系对陶瓷车削破碎去除机理的影响,结合压痕理论建立裂纹偏转角模型,确定大规模断裂裂纹扩展路径。2.将陶瓷车削材料去除过程看作裂纹扩展过程,建立了刀具输入与裂纹系统间的能量守恒关系,结合Griffith理论提出了陶瓷等脆性材料的脆断能概念,建立了一次大规模断裂时切削力理论模型,并进行验证,在脆性去除条件下模型具有较高的精度。3.通过单因素及正交实验,研究切削用量对切削力的影响主次及趋势,研究发现切削力随切削速度的增大而减小,随进给速率和切削深度的增大而增大,其中切削深度对切削力影响最大。4.通过对陶瓷材料表面质量进行研究,分析脆性去除表面形成机制,建立了特种陶瓷脆性去除表面粗糙度理论模型,进行实验验证并分析表面粗糙度随切削用量变化的趋势及主次关系,通过正交实验分析进行了简单的工艺参数优化。
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