机械工程学报

作者：戴剑博, 苏宏华, 傅玉灿, 丁文锋, 司垒, 陈佳佳

单位：1. 中国矿业大学机电工程学院 徐州 221116;2. 中国矿业大学矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心 徐州 221008;3. 南京航空航天大学机电学院 南京 210016;4. 南京林业大学机械电子工程学院 南京 210037

关键词：碳化硅陶瓷,亚表面裂纹损伤,磨削速度,趋肤效应；

基金：江苏省基础研究计划（自然科学基金）（BK20210495）、中国博士后科学基金（2020M681761）和江苏高校优势学科建设工程（苏政办发〔2018〕87号）资助项目。

碳化硅陶瓷高速磨削过程中，磨粒对工件材料强力冲击，应变率剧增、复杂显微结构对应力波传送响应转变，材料力学行为发生变化，目前高速磨削对材料去除机制影响的物理本质认识还不清楚。为此，开展磨削速度对SiC陶瓷磨削裂纹损伤影响机制研究。通过单颗磨粒磨削SiC陶瓷试验，分析了磨削速度对SiC陶瓷磨削表面形貌、磨削亚表面裂纹损伤深度、磨削力和磨削比能的影响规律。试验结果表明，当SiC陶瓷材料以脆性方式去除时，磨削速度对裂纹损伤影响最为显著，随着磨削速度从20 m/s增加到160 m/s，磨削亚表面裂纹损伤深度从12.1μm快速降低到6μm。采用Voronoi法建立了金刚石磨削多晶SiC陶瓷有限元仿真模型，当磨粒切厚为0.3μm，磨削亚表面损伤以微裂纹为主；当磨粒切厚为1μm时，随着磨削速度增加，磨削亚表面裂纹损伤深度从14.7μm降低到4.6μm，磨削亚表面宏观沿晶裂纹逐渐变为微观裂纹。基于位错理论和冲击动力学理论，揭示了高速磨削过程中位错密度的增加和晶界反射应力波对应力场削弱作用是高速磨削SiC陶瓷裂纹损伤“趋肤效应”产生的机理。

来源：2022年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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