【摘 要】
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工程陶瓷作为典型的硬脆性材料,超高的硬度以及良好的化学性能等优异特性使其在工业领域以及5G建设中得以广泛的应用。然而,高硬度以及高脆性使得工程陶瓷的加工质量难以控制,特别是在陶瓷材料的钻孔加工中,孔的出口崩边以及孔壁损伤几乎同时存在。如何控制陶瓷材料的钻孔加工损伤,提高钻孔加工质量,成为了研究人员关注的重点问题。本文通过开展不同钻孔工艺下的氧化铝陶瓷钻孔加工的离散元仿真,研究了陶瓷孔的钻孔加工损伤
【基金项目】
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国家自然科学基金项目《考虑砂轮表面形貌及工件缺陷影响的工程陶瓷磨削加工损伤行为研究》,项目编号:51605409;
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工程陶瓷作为典型的硬脆性材料,超高的硬度以及良好的化学性能等优异特性使其在工业领域以及5G建设中得以广泛的应用。然而,高硬度以及高脆性使得工程陶瓷的加工质量难以控制,特别是在陶瓷材料的钻孔加工中,孔的出口崩边以及孔壁损伤几乎同时存在。如何控制陶瓷材料的钻孔加工损伤,提高钻孔加工质量,成为了研究人员关注的重点问题。本文通过开展不同钻孔工艺下的氧化铝陶瓷钻孔加工的离散元仿真,研究了陶瓷孔的钻孔加工损伤,提出采用啄钻加工以及在钻孔中使用底部撑块来降低加工损伤,并开展了试验验证。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)观测了金刚石钻具表观形貌,并对磨粒形貌进行了简单的分类处理。此外,基于离散元法建立并校准了氧化铝陶瓷工件,构建了不同磨粒形貌以及磨粒参数下的金刚石钻具三维离散元模型,并搭建了氧化铝陶瓷钻孔加工仿真模型。(2)系统地开展了氧化铝陶瓷的钻孔加工离散元仿真,依靠不同磨粒形貌、不同磨粒凸出高度以及磨粒倾斜角度的金刚石钻具模型开展了氧化铝陶瓷钻孔加工的正交试验仿真,观测了仿真过程中不同钻孔工艺下的工件模型损伤情况,并进行了钻削力变化、损伤观测以及加工后成孔情况等分析。(3)通过对氧化铝陶瓷进行钻孔实验,探究了钻孔过程工件与钻具的损伤情况,总结了不同加工参数变化对钻孔加工质量的影响规律,并观测了陶瓷孔损伤以及金刚石钻具的损伤情况。(4)提出了两种不同的氧化铝陶瓷孔的加工方法,包括啄钻加工以及在钻孔中使用底部撑块,构建了不同钻孔工艺下的DEM模型,并对比了不同加工方法下的钻孔仿真结果,探究了不同加工方法下陶瓷孔出口损伤程度。同时,进行了不同加工方法下的氧化铝陶瓷的钻孔实验,通过观测金刚石钻具以及陶瓷工件的损伤情况,探究了不同钻孔方法的优缺点。本文基于数值仿真与实验研究探究了不同加工工艺以及磨粒形貌对氧化铝陶瓷钻孔加工损伤的影响,并对其加工方法进行了研究,本文的研究内容有望进一步完善氧化铝陶瓷钻孔加工的工件损伤机理,为提高工程陶瓷钻孔加工质量提供了指导意见。
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