透波性Si3N4陶瓷铣削过程刀具-工件摩擦特性

透波性Si_3N_4陶瓷是制造天线窗的主要材料之一,铣削过程中刀具-工件摩擦特性与加工表面形貌紧密相关.本文以透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工为研究对象,通过分析加工过程中刀具-工件接触关系得到摩擦接触区域主要集中于切削刃后刀面与工件表面;探究了不同加工机理下接触区域摩擦机理,塑性域加工摩擦机理为粘着摩擦、刀具表面粗糙度波峰犁沟摩擦和陶瓷粉末滚动摩擦,脆性域加工还包含碎裂型陶瓷颗粒犁沟摩擦;在此基础上应用已有的微观表面形态与表面接触的摩擦力及摩擦系数理论给出了Si_3N_4陶瓷与铣刀材料的摩擦系数计算公式;通过实验对分析结果进行了验证.结果表明:透波性Si_3N_4陶瓷加工机理转变的临界切深值大于0.3 mm且小于0.4 mm;摩擦系数计算公式最大误差率为20.46%,能在一定程度上反映加工过程中摩擦特性演化规律;加工机理初始转变阶段,摩擦系数值降低,且摩擦系数对表面粗糙度影响呈现三阶多项式分布规律.该研究为提高透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工表面质量提供了参考.     

旋转超声磨削加工中影响磨具寿命的结构参数优化

为了提高陶瓷基零部件的旋转超声磨削加工精度,降低磨具磨损造成的加工误差,建立了超声振动磨具寿命与磨粒粒度、浓度、磨具内圆直径等结构参数间关系的数学模型,对影响超声振动磨具寿命的结构参数进行了优化.首先,基于响应曲面法,建立了青铜基超声振动磨具二阶寿命模型,通过Box-Behnken实验对超声振动磨具寿命模型进行了拟合.然后,通过有效性和显著性检验,验证了所建立的超声振动磨具寿命模型.最后,通过拟合影响因子与超声振动磨具寿命关系的响应曲面和等高线,分析了各因素对磨具寿命的交叉影响,并优化了磨具的结构参数.结果表明:当磨粒粒度为D98.85、浓度为77.36、磨具内圆直径为5.34 mm时,去除体积为9 600mm3、致密度为85％的Si3N4陶瓷材料后,磨具磨损量只有0.006 9 mm,显示优化后超声振动磨具寿命可以达到旋转超声精密磨削加工要求.     

超声旋转磨削中刀具结合剂对切削力影响研究

研究了超声旋转磨削加工陶瓷材料中金刚石刀具结合剂对其切削性能的影响。通过对单个金刚石颗粒在超声旋转磨削加工过程中的运动分析,推导出切削力理论公式;同时通过实验得到陶瓷基、铁基和青铜基三种结合剂刀具加工Si3N4工程陶瓷(致密度70%)过程中X、Y、Z方向上的切削力。通过分析理论公式和试验数据,发现在超声旋转磨削加工过程中,刀具结合剂种类直接决定了刀具的磨损形式和磨损程度,是影响切削力大小的主要原因之一。     

旋转超声磨削加工中刀具结合剂类型与加工性能的关系

实验分析了硬脆材料旋转超声磨削过程中刀具结合剂类型对加工性能的影响以便提高加工精度和加工表面的完整性.首先,采用能谱分析研究了铁基、陶瓷基和青铜基3种超声振动刀具中结合剂与金刚石颗粒的把持形式,并根据相同加工工艺条件下刀具磨损形式确定了把持力大小.然后,结合超声振动刀具特性,通过旋转超声磨削加工实验研究刀具结合剂类型与切削力、刀具磨损量、加工表面完整性的关系,并对实验结果进行了分析.实验结果表明:相对于陶瓷基和青铜基结合剂超声振动刀具,铁基结合剂超声振动刀具把持力最大,Z轴切削力平均值最小(为46.8 N);加工18 000 mm3材料后,刀具轴向磨损量最小(为0.1 mm);而陶瓷基结合剂超声振动刀具加工表面质量最好,表面粗糙度最大值为21.79 μm.结果证实铁基超声振动刀具适用于粗加工,陶瓷基超声振动刀具则适用于精加工.