微织构阵列离散陶瓷材料旋转超声加工机理与工艺研究

论文摘要

随着科学技术的发展,工程陶瓷等硬脆材料在航空航天、能源动力、空间探测以及光学半导体等领域的应用日益广泛。陶瓷材料常用加工方法有磨削、超声加工、激光加工、水射流加工以及电火花加工等,由于陶瓷材料的硬脆性,加工难度较大,聚焦硬脆材料高材料去除率方面的研究有限。陶瓷材料性能优良,在先进制造诸多领域均有关键应用,为进一步促进其高性能应用,亟需解决该类材料的高效高质加工难题。为实现陶瓷材料的高效去除加工,提出一种激光预制微织构与旋转超声加工结合的复合加工工艺。该工艺首先利用激光在工件表面加工出一定特征的微织构阵列,以离散化材料表面,再进行旋转超声加工。由于工件表面由原来的连续结构变为离散结构,材料结构、性能发生改变,超声加工时可降低刀具与工件之间的载荷,改善刀具磨损,有利于实现陶瓷等硬脆材料的高去除率加工。围绕难加工硬脆材料高效高质加工,针对预制微织构阵列的氧化铝陶瓷旋转超声铣削加工机理与工艺,分析了进给速度、主轴转速、切削宽度以及切削深度等工艺参数的影响规律,并进行了典型部件加工应用。主要结论如下:(1)离散化超声加工硬脆材料后,离散化导致过渡界面处应力集中,脆性断裂更易于在几何界面突变出发生;微织构影响应力传播,且高频超声振动的磨粒运动的线速度与极大加速度共同作用,强化材料脆断去除,对弱化机械抗力、刀具延寿、提高耐用度等有改善作用,有利于提高材料去除率。(2)合理的主轴转速与进给速度匹配可以形成良好的表面平整度;随切削宽度和切削深度的增大,表面大尺度块状去除显著,微织构边缘破损趋于平缓。(3)针对典型硬脆难加工材料功能部件,选区预制微织构,采用高效率离散化超声铣削粗加工,同时结合小去除量铣磨精加工,改善加工质量,为硬脆性难加工材料复杂部件高性能加工应用提供了一种新的解决思路。

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文章来源

类型: 国内会议

作者: 陈晓晓,王恒,张文武

关键词: 微织构,陶瓷材料,旋转超声加工,表面质量,材料去除率

来源: 第18届全国特种加工学术会议 2019-07-31

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,无机化工,工业通用技术及设备

单位: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所,中国科学院大学

分类号: TB559;TQ174.6

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.068767

页码: 250

总页数: 1

文件大小: 734k

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