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机械毕业设计全套
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JC01-137@超声深孔枪钻机床设计,机械毕业设计全套
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河南理大学本科毕业设计（论文）电火花、超声、钻石切削陶瓷中的加工表面完整性 Deng Jianxin a,*, Lee Taichiu b山东科技大学机械工程学院 济南250061 山东省 PR中国香港理工大学九龙红磡制造工程处 香港 中国摘要： 陶瓷部件往往需要良好的完整的加工表面,因为多数情况下, 陶瓷部件的寿命由它的表面质量所决定。在这项研究中,对电火花加工、超声加工、金刚石切削陶瓷材料部件表面的完整性,专家已进行比较和调查.。他们测量了部件的表面粗糙度、硬度、机械表面成型过程。人们经常用弯曲应力及其分布来评价切削加工过程对标本表面完整性的影响。 结果表明,切削加工过程对陶瓷材料的表面质量有很大的影响。电火花加工陶瓷材料时产生的热量常造成表面裂纹、瑕庇。而加工表面的破坏是由韦伯模数太低造成的。在大多数加工条件下，超声加工、金刚石切削比较平稳，并且其弯曲应力和韦伯模数要比电火花加工时高。关键词：A.精加工；B.复合材料；C.加工1.简介：陶瓷复合材料仍无法满足具有复杂几何外形部件在加热条件下的精加工的需要,这显然表示还要对部件进一步处理。机械加工如磨削加工，电火花加工，超声加工，金刚石加工和激光加工经常应用，并且在陶瓷加工中费用很高。机械加工过程中, 低的表面粗糙度使陶瓷表面很容易破坏。这种表面破坏包括表面裂纹、微裂纹和有害的抗应力。表面裂纹和抗应力相结合，将影响陶瓷材料的性能和加工后的承载能力。陶瓷材料的应力取决于它对破坏的抗力和能够引起应力变化的毛细孔、应力破坏和微裂纹。断裂分析表明：内部断裂是造成陶瓷表面失效的主要原因，这种情况经常在精加工中出现。这些表面上的破坏形式限制了应力，并决定应力分布，从而影响应力作用下裂纹的生长。我们经常观察到在同一材料的不同样品中，破坏应力变化很显著。之所以这样，部分原因是表面缺陷的任意分布。由于这个原因，我们需要一种计算应力变化的方法。几项研究表明复合应力可以用来表示陶瓷加工的表面完整性。因为很大程度上，韦伯模数描述了复合应力分布值。韦伯模数值较大，则表明应力分布范围狭窄以及材料性能很好。然而小的韦伯模数表明应力集中分布裂纹、广泛，可以归因于精加工过程中表面的破坏。在这项研究中，专家研究了电火花加工超、声加工金、刚石切削含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料，检测了表面粗糙度、硬度、光洁度。复合应力及其分布用来估量机械加工过程中表面的完整性，目的是比较机械加工过程中的表面质量，获得切削加工对应力及其分布的影响。2.材料及实验步骤：2.1材料比较 目前研究所用的材料是作者发明的含铝的复合陶瓷。材料中含有大量的氧化铝，同时，炭化钛按表1中的比例加入其中。最后在3.6MPa大气压下进行8分钟的热压缩，从而形成陶瓷磁盘，所需的温度范围是16001800度。少量的钼和镍元素加入其中是为了较少电子斥力，增加内部弯曲应力。表1列出了陶瓷中所含的成分的机械特性。表1. 陶瓷中所含的成分的机械特性成分(vol %)复合应力(MPa)断裂应力(MPa.m/s)硬度(GPa.)Al2O3/50%TiC/5% Mo/Ni9005.0420.52.2加工方法和试验步骤：电火花加工是一个热加工过程，在刀具电极和工件之间产生大量的热。电火花为加工陶瓷材料提供了一种方法，无论它的的强度和应力如何，只要导电器足够。本次试验中所用的线电火花切割机是三菱电器系统模型DWC90G系列，电路脉冲最大电流为30A。该线切割机有线网使用的铜管直径0.25 毫米直径，平均电压55V,瞬时电流可以设定为5A、10A、14A。超声加工用于硬性材料和脆性材料，不管它们是否导电和是否经历了热烧伤。在超声机械加工中， 超声使磨料微粒与冷却液在振幅范围内（通常小于75um）和工具一起振动, 并且陶瓷材料先在磨料微粒作用下脱落。在这项研究中,超声波是在J93025机床(中国制造)上工作的, 它的功率250瓦,频率1625千赫兹，静态负荷是10N,分别使用了80，120和240B4C磨料微粒。 金刚石切削是用金刚石刀具在Struers Accutom-2机床上工作，它的进给速度为0.5mm/min，切削速度为6m/s。为每一种切削准备好小样本（3416mm）用来测量复合应力。他们用3点弯曲模式测量跨度在10mm以上，速度为0.5 mm/min时的复合应力。应力可以通过两个限定的韦伯参数分析。对部件表面粗糙度的测量则通Talysurf10系统.。硬度则通过Zwick3212硬度计测量。他们还通过电子显微镜观察加工表面的显微结构。3.结果与分析：3.1切削含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的表面光洁度图1.电火花切削含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的显微结构图1（a）显示了电火花加工含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的表面的显微结构。可以发现上面有大量的微观裂纹。其表面上出现直径变化的凸凹不平的小坑，同时微裂纹和瑕斑造成的显著的表面破坏也能看到。在电火花加工表面上找到这些特征的可能性很大。用电火花加工含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料，不管是金属变形的融化阶段还是热剥落的耐火阶段，微观裂纹对材料的切除和表面的形成作用很大。电火花加工表面形成机制可能是：火花在金属如钼，镍可能会融化的导热阶段形成。这些阶段高导热性加大了表面粗糙度。图1（b）显示了表面上有更大的坑和二次硬化层。可以看出，由电火花造成的表面破坏导致钼，镍的侵蚀和氧化铝，炭化钛颗粒的暴露。其表面破坏的可能性和程度是通过比较与部件表面向垂直的横截面得到的。图2是电子显微结构图,它取自表面上小坑的中心，展示了表面破坏，它揭示了表面明显得到硬化。表面层的颜色比中心颜色深，厚度大概是8um。这些表面上的小坑和裂纹深深地影响陶瓷地性能和应力，以后我们就可以看到。图2. 电火花切削含氧化铝，炭化钛，钼， 图3.超声波加工含氧化铝，炭化钛，镍等陶瓷材料的横截面的显微结构 钼等陶瓷材料的显微结构超声加工表面与电火花加工有很大的不同。图3表明了典型的超声加工含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的表面的显微结构。它显示材料的剥落主要是依靠细微的折断，显然，这些断裂是晶体和非晶体混合作用的结果。加工表面的特征受那些大量的小的碎片影响。和图1相比较，超声加工后的表面相对比较光滑，而且没有显著的裂纹。典型的金刚石切削含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的显微结构在图4中显示。可以看到其加工表面含有因细微切割造成的剥落碎片和因微裂纹产生的沟壑。沟槽的侧面，我们看到有碎片，这些剥落碎片能够表明切削过程中细微断裂的存在。金刚石切削过程中，表面上很少有独立颗粒剥落的证据。3.2. 含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的粗糙度和硬度：电火花加工,超声加工，金刚石切削材料的粗糙度和硬度在表2中列出。可以看到：电火花加工后的表面粗糙度最大，硬度最小。其高粗糙度归因于能够从图1中看到的裂纹小坑以及沟槽的存在，而表面硬度很低可能是因为热硬层的存在（在图2中表示）。若是电火花加工时采用较小的电流，那么得到的表面粗糙度较小，因为电火花的能量密度有所减少。但是在这两种磨削加工过程，表面硬度却没有显著的不同。 表2. 含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的粗糙度和硬度试样切削参数粗糙度(um)硬度(GPa)电火花加工U=55v Ip=5-14A1.64-2.5514.7-16.5超声加工磨粒颗粒B4C80-2400.15-0.8518.2-19.8金刚石切削切削速度V=6m/s0.65-1.4218.5-20.23.3.含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的复合应力及其分布： 图4.金刚石金刚石切削含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的显微结构 图5.电火花加工含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的韦伯模数电火花加工的试样的应力分布在的韦伯模数在图5中显示出来，图中斜率表示每一种分布的韦伯模数。斜率越大，应力数值变化量就越小。表3记录了在每一中切削状态下的韦伯模数和平均应力。至于表1和表3，可以证明电火花加工后的应力很低，仅仅是原材料应力的6880，韦伯模数范围是6.38.7。这表明电火花加工对加工试样的复合应力有坏的影响。电流越大则裂纹越多。当电火花加工电流为5A时，可以得到平均应力716MPa，韦伯模数为8.7。当电流达到10A时，平均应力下降到655MPa，而韦伯模数为7.1；，当电流达到15A时，平均应力就会下降到619MPa，而韦伯模数为6.3。电流越高，其能量密度越大，增加了材料脱落的比率和表面粗糙度。表面缺陷可以导致部件严重失效。表3. 电火花加工陶瓷材料应力分布的韦伯模数试样电流（A）韦伯模数平均应力（MPa）电火花加工表面14，10，56.3，7.1，8.7619，655，716陶瓷加工中一个严重的问题是工件表面裂纹的激发。这主要是因为裂纹与表面上突出的缺陷的大小和分布有关。控制微小材料应力这一基本因素将决定加工中缺陷形成的大小。电火花引起的裂纹和小坑可以说是断裂的根源，并且能够引起应力递减，电火花加工表面的破坏主要归因于韦伯模数太低。表4. 超声波加工陶瓷材料应力分布的韦伯模数试样颗粒大小韦伯模数平均应力（MPa）超声波加工表面80，120，24014.3，15.3，16.9781，808，828表5.金刚石加工陶瓷材料应力分布的韦伯模数试样韦伯模数平均应力（MPa）金刚石加工表面 19.2864图6.超声波加工含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的韦伯模数超声波加工的试样的应力分布的韦伯模数在图6中显示出来。表4记录了在每一中切削状态下的韦伯模数和平均应力。可以证明：超声波加工的试样的平均应力值要比电火花加工的试样大，韦伯模数也相应增加，范围是14.316.9。这表明了与电火花加工相比，超声波加工过程中有种力抵挡、限制含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料表面的破坏。磨削颗粒越小，应力和韦伯模数越大。金刚石加工的试样的应力分布的韦伯模数在图7中显示出来，表5记录的是其韦伯模数和平均应力。金刚石切削在6m/s的切削条件下，应力为846 MPa，韦伯模数为19.2。经过比较可以看出：超声波加工和金刚石切削过程比较平稳，复合应力和韦伯模数比电火花加工的试样高。图7. 金刚石切削含氧化铝，炭化钛，钼，镍等陶瓷材料的韦伯模数4.
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