氧化锆陶瓷材料磨削表面残余应力研究与预测仿真.pdf
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1、窑 测试与控制 窑修稿日期院 圆园23原03原06项目来源院辽宁省教育厅项目渊LJKZ0574冤作者简介院何天伦渊1997-冤袁男袁硕士研究生遥 研究方向院工程陶瓷材料加工遥0引言进入新世纪以来袁我国机械制造业的快速发展袁工业产品的高精度化和使用环境的复杂化袁对零件的精度和性能提出了越来越高的要求1遥 磨削是陶瓷材料加工的主要手段袁在磨削过程中袁砂轮与陶瓷相互作用会产生磨削力和磨削热袁 这都是改变零件表面残余应力的主要原因2遥残余应力是评价工件表面质量和疲劳寿命的重要参数袁因此研究工件磨削后的表面残余应力具有重要意义遥随着工程材料应用越来越广泛袁 国内外学者对磨削表面残余应力做了许多研究遥 李
2、颂华等3发现提高砂轮转速和砂轮进给速度袁可以提高陶瓷材料的表面质量遥田欣利等4通过正交试验袁结果表明氧化铝表面残余应力随磨削深度和进给速度的增大而增加遥 张晓晓等5基于数理统计的方法研究了磨削后工件表面的残余应力袁 结果表明袁 磨削深度对表面残余应力的影响最大袁 进给量次之袁砂轮转速最小遥 Cezhi Du 等6研究了氧化铝和二氧化锆在预压力的作用下袁可提高工件残余压应力袁提高试件的表面质量遥 张珂等7发现提高砂轮的转速袁减小磨削的深度袁可以降低磨削力袁提高磨削表面质量遥 实验结果表明袁磨削速度对单磨粒磨削的表面质量有较大影响遥综上所述袁 国内外学者对陶瓷的表面质量进行了大量研究袁 但对不同磨
3、削条件下磨削后的陶瓷表面残余应力分布情况仍没有达成统一的结论遥 因此本文将实验与仿真相结合袁 设计正交试验研究了各磨削参数对表面残余应力的影响遥 将磨削后的试件使用 X 射线衍射仪进行测量袁得到工件的表面残余应力袁再利用 Abaqus 软件引入 JH-2 本构模型袁对氧化锆试件进行磨削仿真袁旨在进一步探究磨削后表面残余应力与磨削用量的关系8-9遥1实验方案1.1 试件试件为氧化锆陶瓷毛坯袁外形尺寸渊20伊20伊5冤mm袁见图 1遥 氧化锆陶瓷参数见表 1遥Study and Prediction Simulation of Residual Stress on Grinding Surface
4、 of Zirconia Ceramic MaterialHE Tian-Lun袁 JIA Qian-Zhong袁 LIU Ming-He渊School of Mechanical Engineering袁Shenyang Jianzhu University袁Shenyang 110168袁China冤Abstract院 Due to the exploration of the influence of zirconium porcelain grinding process parameters on the residual stress on the cuttingsurface袁
5、the orthogonal test was designed袁 and the grinding number on grinding and stress such as grinding depth袁 grinding wheel linespeed and working feed rate were studied.In the same era袁 the constitutive model of the liquor was introduced袁 and a single diamondgrinding mold model was established based on
6、the fish袁 and the results of the actual verification were compared with the simulationspeculation.It has its end袁 and its use is also.The test results are basically consistent with the results of the simulation output袁 and thecorrectness of all the mold models is verified.Keywords院 Zirconia曰 Residua
7、l stress曰 ABAQUS曰 Single abrasive grain氧化锆陶瓷材料磨削表面残余应力研究与预测仿真何天伦袁贾乾忠袁刘明贺渊沈阳建筑大学 机械工程学院袁 辽宁 沈阳 110168冤文章编号院 员园园圆原远远苑猿 渊圆园23冤 园4原106原园4摘要院 为了探索氧化锆陶瓷材料磨削中磨削工艺参数对磨削表面残余应力的影响袁 设计了正交实验袁 研究了磨削深度尧 砂轮线速度和工件进给速度等磨削工艺参数对磨削表面残余应力的影响遥 同时袁 引入 JH-2 本构模型袁 以 ABAQUS 为基础建立单颗金刚石磨粒切割氧化锆陶瓷有限元仿真模型袁 并将实验结果与模拟结果进行对比遥 结果表明袁
8、随着砂轮转速和磨削深度的增加袁 磨削表面的残余应力值先增大后减小遥 试验结果与仿真输出结果基本一致袁 验证了该仿真模型的正确性遥关键词院 氧化锆曰 残余应力曰 ABQUS曰 单颗磨粒中图分类号院 TP39文献标识码院 粤doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2023.04.029机电产品开发与创新阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 驭 陨灶灶燥增葬贼蚤燥灶 燥枣 M葬糟澡蚤灶藻则赠 驭 E造藻糟贼则蚤糟葬造 P则燥凿怎糟贼泽灾燥造援36熏晕燥援4Jul援熏圆园23第 36 卷第 4 期圆园23 年 7 月106窑 测试与控制 窑密度/g 窑 cm-33.24弹性模量/GPa320泊松比
9、0.26硬度/HRC94断裂韧性/GPa 窑 m1/270抗压强度/Pa420热膨胀系数/10-6窑 k-13.2热传导率/W/m 窑 k20表1氧化锆陶瓷的性能参数Tab.1 The performanceparameters of zirconia ceramics1.2 实验条件测试设备为高精度 ORBIT36 CNC 成型磨床袁见图 2遥 磨削方法为切入反向磨削袁刀具采用金刚石砂轮遥砂轮的参数见表 2遥1.3 测量仪器试验采用 X 射线衍射仪对磨削后的氧化锆试件进行测量袁见图 3曰采用日立 S-4800 扫描电镜观察金刚石砂轮的表面形态袁见图 4遥1.4 试验方法本文主要探究磨削用量对
10、表面残余应力的影响袁因此采用正交试验袁正交实验的因素和水平见表 3遥 由于砂轮的不平整会对试验结果造成干扰袁 因此试验前均用油石进行打磨遥2实验结果与分析2.1 实验数据实验数据见表 4遥2.2 表面残余应力随工件进给速度的变化如图 5 可知表面残余应力随砂轮速度的提高而增加遥 其原因在于袁在一定磨削速度范围内袁随着砂轮速度的增加袁金刚石磨粒的平均未变形切屑厚度减小袁磨削温度减小袁并且挤压效应占主导地位袁导致表面残余应力不断增加遥如 图 6 所示袁表面残余应力随着磨削深度的增加而增加遥 这主要是因为随着磨削深度的增加袁砂轮与氧化锆陶瓷相互作用产生的磨削力明显增大袁使工件表面产生挤压作用增强袁
11、所以工件表面的机械压应力也随着磨削深度的增加而增大遥由图 7 可知袁 表面残余应力随着工件进给速度的增加而增加遥这是因为当砂轮的进给速度较小时袁磨粒未产生形变袁切屑厚度较小袁砂轮与氧化锆材料之间的相互作用明显袁导致表面残余应力增大遥图1氧化锆陶瓷毛坯Fig.1 Zirconia ceramicblank图2高精度ORBIT36CNC成型磨床Fig.2 High-precision ORBIT36CNC forming grinding machine外径/mm孔径/mm厚度/mm粒度/#浓度/%30012720170/200100%表2金刚石砂轮性能指标Tab.2 The performanc
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