第11期 2017年11月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)11002305
D0I: 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 11.007
基于弹性变形的超声磨削氧化锆
陶瓷的粗糙度模型
李厦！，尤佳旗
（上海理工大学机械工程学院，上海200093）
No.11 Nov.2017
摘要：针对磨粒突出高度随机分布的特点，结合砂轮型号，建立了磨粒突出高度的正态分布图。通过切削厚度概率密度函数建立了普通磨削和超声磨削的理论切削厚度公式，采用基于弹性变形的接触弧长，结合氧化错陶瓷的材料特性，计算出基于弹性变形的最大未变形切削厚度。根据磨粒突出高度分布和表面粗糙度的算术平均偏差定义，建立了普通磨削和超声磨削的粗糙度模型。理论研究和实验结果均表明：使用超声磨削改善了工件的表面粗糙度。而该模型可以根据给定材料的性能有效
测出其表面粗糙度。由于设计的磨粒形状单一，理论值比实际值小约20%。关键词：磨粒突出高度；弹性变形；氧化锆陶瓷；超声磨削
中图分类号：TH161;TG580.6
文献标识码：A
A Roughness Model of Zirconia Ceramic Based on Elastic Deflection in Ultrasonic Grinding
LI Sha', YOU Jia-qi?
(School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
Abstract : According to the characteristic of random distribution of the outstanding height of abrasive and the type of grinding wheel, the figure of normal distribution of the outstanding height of abrasive is set up in this paper. The theory of cutting thickness formula of common grinding and ultrasonic grinding can be estab-lished by probability density function of cutting thickness. Using the contact length influenced by elastic de formation , combined with the material properties of zirconia ceramic, undeformed chip thickness affected by the elastic deformation could be calculated. According to the distribution of the outstanding height of abra-sive and arithmetic average deviation definition of surface roughness, roughness model of common grinding and ultrasonic grinding is set up. Theoretical research and experimental results show that ultrasonic grinding improves the surface roughness of workpiece. The model can effectively predict the surface roughness ac cording to the given material properties. Due to the design of single grinding grain shape, the theoretical val ue is about 20% smaller than the actual value.
Key words: outstanding height of abrasive; elastic deflection; zirconia ceramic; ultrasonic grinding
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引言
工程陶瓷材料具有高硬度、耐磨损、化学性能稳定等优良特性，因而在机械、化工、汽车等部门被广泛地应用。但由于工程陶瓷的硬脆特性，导热性差，其机械加工非常困难。工程陶瓷通常采用的加工方法是磨削，磨削后的表面粗糙度对零件使用性能有很大影响，表面粗造度值越小，则零件的耐磨性，耐蚀性，配合精度越高1。但是在普通磨削过程中会产生较大磨削力和磨削热，导致加工后的工件表面较粗糙。因此为了改善加工效果，近些年提出了超声振动辅助磨削加工，
收稿日期：2017-02-27；修回日期：2017-0328
利用该加工方法可以提高加工效率和表面质量，尤其适合于工程陶瓷等硬脆材料的加工。
国内外学者对超声磨削做了不少研究。张洪丽[2] 基于普通磨削和三种超声振动辅助加工方式下的加工表面创成机理，建立了有关磨粒间隔和项锥角的粗度计算模型。赵晓亮3通过切削厚度模型和磨粒在工件划痕轮廓分析的基础上，分别对理想条件（磨粒大小相同，分布均勾)和非理想条件（磨粒大小不等，非均匀分布)进行了研究。刘书博4针对砂轮磨粒的突出高度和磨粒间隔进行分析，利用matlab对磨粒运动轨迹进行仿真，计算已形成的轮廓粗糙度值。San
*基金项目：国家自然科学基金（51475310）；教育部高等学校博士学科点专项科研基金（20133120120005）
作者简务数撸9—），男，辽宁铁岭人，上海理工大学教授，博士，研究方向为精密磨前和数控技术，（E-mail)LS51666@163.com。