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湖南科技大學劉偉副教授在工程陶瓷精密低損傷磨削方向取得新進展

關鍵詞 磨削|2022-07-13 09:52:12|來源 湖南教育網
摘要 近期,湖南科技大學機電工程學院(未來技術學院)、難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室劉偉副教授課題組在工程陶瓷精密低損傷磨削方向取得新進展,研究成果以“Experimentals...

近期,湖南科技大學機電工程學院(未來技術學院)、難加工材料高效精密加工湖南省重點實驗室劉偉副教授課題組在工程陶瓷精密低損傷磨削方向取得新進展,研究成果以“Experimental study on the mechanism of strain rate on grinding damage of zirconia ceramics”為題,發表在材料科學領域國際頂尖學術期刊《Ceramics International》(IF: 4.527,中科院SCI期刊分區:硅酸鹽1區)上。該期刊主要報道先進陶瓷方面具有創新性的基礎理論、工程技術應用,在廣大讀者、作者中享有崇高的威望。該研究成果是課題組繼“Effects of grinding parameters on surface quality in silicon nitride grinding. Ceramics International, 2017, 43(1): 1571-1577”以來的進一步創新性成果。

具有優異物理化學性能的典型工程陶瓷——氧化鋯陶瓷,在醫療、通信、軍工、航天等領域得到了廣泛的應用。由于工程陶瓷高硬脆的特性,在其精密磨削加工過程中容易產生裂紋、殘余應力等表面/亞表面損傷,使得加工后工件的力學性能和服役壽命大打折扣。因此,對工程陶瓷精密磨削加工過程中的材料去除行為以及裂紋形成與傳播機制進行深入研究,在優化工件表面質量、提升產品服役周期方面具有重要意義。

該研究成果考慮動態沖擊下應變率效應對氧化鋯陶瓷磨削加工的影響,對磨削力、磨削后工件表面形貌與亞表面損傷進行分析,揭示了動態沖擊應變率效應對氧化鋯陶瓷磨削損傷的影響規律。在低應變率下,磨削表面存在大量由脆性斷裂引起的隨機分布的破碎坑;隨著磨削應變率的增大,磨削表面的劃痕變得更加平滑,塑性去除區域所占比例增大,加工質量得到明顯改善,同時亞表面裂紋深度逐漸下降。受到沖擊應力波和材料內部缺陷的影響,亞表面裂紋的傳播具有向周邊裂紋和材料內部缺陷靠攏的趨勢,材料內部缺陷會從尖端開始擴展開裂,其裂紋的擴展方向與缺陷長度方向保持125°左右的夾角。結果表明,磨削應變率的增大可以有效提高氧化鋯陶瓷磨削加工質量,具有較好的應用潛力。

該研究工作得到了國家自然科學基金(51505144)和湖南省自然科學基金(2020JJ5178)的資助。

另外,劉偉副教授讀博期間在機械領域國內頂級期刊《機械工程學報》上發表的論文“單顆金剛石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真與試驗研究”入選2021年度“領跑者5000—中國精品科技期刊頂尖學術論文(F5000)”。

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