白榴石玻璃陶瓷精密磨削形貌与损伤深度建模及实验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjyai333
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随着各种玻璃陶瓷体系不断被研究完善,玻璃陶瓷已然成为当前最具发展潜力的陶瓷材料之一,白榴石玻璃陶瓷具有较高的机械强度、断裂韧性及生物相容性,通常被用于高性能义齿材料。但是,作为一种难加工的硬脆材料,该材料在磨削过程中通常会产生大量的表面和亚表面损伤,严重影响材料的性能。为了提高白榴石玻璃陶瓷的精密磨削加工质量,有必要对材料在磨削过程中的材料去除机理进行研究。首先,通过准静态条件下纳米压痕实验获取了白榴石玻璃陶瓷在纳米及亚微米尺度下的弹性回复率、硬度及弹性模量等力学性能。通过纳米划痕实验研究了不同刻划参数对材料去除效果的影响,分析了材料的脆塑转变现象。研究表明,白榴石玻璃陶瓷在磨削过程中同时发生材料的塑性去除与脆性去除,两者共同参与材料磨削表面形貌的构成。其次,在Jupyter-Notebook的环境下,完成了精密磨削过程中砂轮磨粒形状与位置、弹塑/脆塑转变深度及磨粒切削深度的计算,分析了材料在不同磨削条件下的变形及去除方式,建立了精密磨削过程中工件所受磨削力及表面形貌仿真计算模型。基于断裂力学的相关理论,完成了精密磨削亚表面损伤深度模型的构建。最后,开展了白榴石玻璃陶瓷及氧化锆增强硅酸锂玻璃陶瓷的精密磨削实验,设计了多组单因素实验,研究了精密磨削过程中不同磨削参数对磨削效果的影响,并完成了对精密磨削过程中工件受力、表面形貌及亚表面损伤深度模型的验证。结果表明,砂轮粒度、工件进给速度及磨削深度都会影响材料磨削质量,影响程度依次递减;磨削仿真模型可以反映实际加工情况,可用于指导材料的精密磨削加工。
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