钎焊金刚石砂轮磨削AA4032铝合金试验

通过磨削试验,研究钎焊金刚石砂轮磨削4032铝合金(AA4032)在不同磨削参数时的磨削特性.结果表明:磨削力和磨削表面粗糙度都随着磨削深度和工件进给速度的增加而增大,随着砂轮线速度的增加而减小;法向磨削力与切向磨削力有良好的线性关系,其力比为2.6;AA4032主要以塑性方式去除,其被加工表面由光滑区、划痕、磨屑粘附、白色析出颗粒及孔组成,表面质量随磨削速度增大而明显提高;磨削比能随单颗磨粒切削厚度(h_c,max)增大而减小,在相同h_c,max下,高速磨削有利于降低磨削能耗.     

正前角金刚石磨粒磨削钛合金仿真与试验研究

为研究正前角金刚石磨粒磨削加工的机理,论证正前角磨削的可行性,采用有限元仿真软件ABAQUS建立单颗金刚石磨粒磨削Ti6Al4V钛合金过程的模型,对比研究不同工艺条件下具有正、负前角的单颗金刚石磨粒磨削过程中磨削力的变化规律.在此基础上,分别针对飞秒激光加工的正前角金刚石磨粒和原始的负前角金刚石磨粒开展钛合金磨削试验,采用测力仪测量磨削力,并将测得的磨削力与仿真结果进行对比;观测磨削加工表面形貌,测量表面粗糙度,将正、负前角磨削时的磨削力、磨削加工表面形貌和表面粗糙度进行对比.结果表明,在单颗金刚石磨粒磨削中,磨削力随着磨削速度的增大而减小,随着磨削深度的增加而增大,随着磨粒前角由负到正而逐渐减小,仿真得到的磨削力与试验结果的变化趋势基本吻合.相比于传统的负前角磨削,正前角金刚石磨粒具备良好的耐磨性,磨削表面磨痕较浅、加工缺陷少,表面粗糙度值降低58％～66％,可有效提高磨削加工表面质量.     

高弹性合金钢的微细磨削仿真

挠性接头刚性差,在微细磨削加工中易变形,其精度难以控制.为了提高挠性接头的工作性能,重点研究了挠性接头细颈的磨削工艺参数及其表面质量.基于磨削加工、弹塑性力学和有限元法等理论,利用ABAQUS模拟单颗磨粒微细磨削高弹性合金钢,分析磨削工艺参数对磨削力、热的影响规律,并用专业金属切削软件Advantedge对残余应力进行仿真,研究工艺参数对残余应力的影响规律,为进一步提高细颈的磨削质量及挠性接头角刚度的稳定性奠定基础.研究结果表明,提高砂轮线速度,可以大大减小磨削过程对工件表面的热作用宽度和深度,有利于减小热损伤和提高表面质量.     

氧化锆陶瓷磨削机理有限元仿真与实验

目的研究氧化锆陶瓷材料在高速磨削条件下的去除机理,优化磨削参数,提高磨削效率.方法将单颗金刚石磨粒简化成圆锥形和三棱柱形两种形状,进行氧化锆陶瓷的磨削仿真,分析了磨削深度和磨削速度两个因素对磨削力和磨削表面形貌的影响.通过对氧化锆陶瓷进行内圆磨削加工实验,并获取相应的磨削力数据与表面形貌图像,对比仿真结果,证明了理论分析的正确性.结果随着磨削深度从1μm到9μm,磨削速度从23.0 m/s到74.9 m/s的增大,单颗磨粒磨削力呈单调递增的趋势,工件表面质量逐渐恶化.结论提高砂轮转速,降低磨削深度,有助于减小磨削力,提高磨削表面质量;在磨削深度、磨削速度两个因素当中,磨削速度对单颗磨粒磨削力及磨削表面质量的影响更大.     

40Cr超高速磨削工艺实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90~210 m/s的磨削条件下,对40Cr进行了超高速磨削工艺实验.分析了在超高速磨削过程中砂轮周围气障对磨削过程的影响,讨论了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比磨削能的影响.实验表明,在高速超高速磨削过程中,砂轮速度提高使得磨削力大大减小,工件表面粗糙度值下降,工件表面质量得到提高;加大切削深度而工件表面粗糙度值增加不大,大大提高了磨削效率,同时也保证了工件表面质量.     

45#钢CBN砂轮高速磨削(120m/s)工艺研究

在高速磨削工艺实验基础上,分析了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比金属切除率的影响.揭示了在高速磨削中,磨削力随砂轮线速度提高而减小,随切削深度、工件速度加大而加大,以及表面粗糙度随砂轮线速度提高而下降,随切削深度加大而增加的变化规律.这些规律为45#钢的高速磨削提供了一系列实用的工艺参数.     

氮化硅陶瓷的ELID高速磨削工艺试验研究

在采用封闭式阴极装置实现高速ELID磨削的基础上,对氮化硅陶瓷的ELID高速磨削工艺机理进行了研究.通过与非ELID高速磨削工艺的对比,揭示了氮化硅陶瓷ELID高速磨削的工艺机理,并给出了其表面粗糙度、磨削力与工艺参数之间的变化规律.这些规律表明:ELID高速磨削工艺能大大地减小氮化硅陶瓷的表面粗糙度值及磨削力,获得较好的表面质量.此外,砂轮线速度和磨削深度对其表面粗糙度值没有显著影响,且变化没有明显规律;而工件速度对表面粗糙度值存在一定的影响,表面粗糙度值随着工件进给速度的提高而增加,即表面加工质量有下降的趋势;ELID高速磨削工艺中的各类磨削参数均对氮化硅陶瓷的磨削力产生重大影响:磨削深度增加或工件速度的加快,都使磨削力变大;砂轮线速度的增加则导致磨削力下降.     

轴向进给周边轮廓磨削切入阶段磨削力模型

在轴向进给周边轮廓磨削的切入阶段,磨粒与工件的接触面积在不断变化.根据单颗磨粒与工件接触横断面形状的不同,把切入阶段分为前阶段和后阶段,建立了基于磨粒与工件接触面积的单颗磨粒在两个阶段的磨削力模型.在切入阶段,切向力和法向力随着时间的增加而增加,而轴向力则先上升再下降.这一变化规律与实验结果相近,从而验证了切入阶段的磨削力模型.     

超声磨削单颗磨粒磨削温度预测与试验研究

为了解决单颗磨粒磨削下磨削区最高温度无法直接通过试验准确测得的问题,基于超声磨削单颗磨粒磨削力公式以及传热理论,推导超声磨削工艺下的热源强度计算公式,通过有限元软件计算单颗磨粒作用下超声磨削温度场分布以及磨削的最高温度,研究各项磨削参数对单颗磨粒磨削区最高温度的影响.给出一种测量磨削温度的测试方法,在同等磨削参数下,磨削区域平均温度的实测值与仿真结果相差在10%以内,验证了该超声磨削单颗磨粒磨削温度场仿真计算方法的正确性.     

单粒磨削过程仿真与工件表面残余应力的离散度分析

基于有限元软件Deform-2D,建立了具有负前角特征的单颗磨粒磨削热力耦合有限元模型.仿真模拟了磨粒磨削工件时的温度场和应力场分布,分析了工件某点应力在磨削过程中的变化情况及该点最终形成的残余应力.结果表明:随着磨粒负前角的绝对值增加,工件表面残余应力值增大,当磨粒负前角由-15°到-35°时,工件表面残余应力差值达到284 MPa;当磨粒采用负前角为-15°、-25°和-35°时,工件表面产生的残余应力标准差达到145.76 MPa.该研究证明了磨粒几何角度的随机性或离散性是影响磨削工件表面残余应力离散度的重要原因.     

微磨具磨削钠钙玻璃的磨损机理实验研究

建立了微磨削过程中单颗磨粒的磨损数学模型,通过观测微磨具磨削前后直径变化、表面形貌变化及加工前后试件的表面质量,分析了微磨削过程中不同阶段磨粒的磨损情况.利用粒度500~#微磨具对钠钙玻璃进行单因素磨损实验,研究不同的磨削影响因素对微磨具磨损的影响规律.实验结果表明:随着磨削速度和进给速度增大,磨粒的磨损和破碎现象加剧;随着去除材料体积的增加,微磨具直径先是急剧减小,而后呈线性减小趋势;加工表面的粗糙度随着去除工件体积的增加总体呈下降趋势.研究结果为提高微磨具的使用寿命和加工性能提供了理论参考和实验依据.     

砂轮动态磨粒的概率统计数学模型

为了揭示磨粒与工件的微观作用机理,预测磨削弧区的动态磨粒数目,采用概率统计的方法对磨削弧区的动态磨粒进行研究,建立了动态磨粒的切入深度、接触磨粒和切削磨粒的概率统计数学模型.分析磨削加工参数对接触磨粒概率和切削磨粒概率的影响,分析表明接触磨粒和切削磨粒的概率随着磨削深度和进给速度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小.动态磨粒的概率统计数学模型为深入分析磨削力、磨削热、热量分配比和温度场的数值计算与仿真奠定基础.     

快速点磨削工艺参数对磨削振动频率的影响

将频率视为一种新的特征参数来分析振动特性.首先提出了振动特征频率提取原理，通过快速点磨削振动特征提取试验获得了特征频率函数，随后分析了加工/空载状态下不同水平的工艺参数对磨削振动的影响，并结合砂轮与工件间的接触和能量传递关系分析了特征频率的变化规律.结果表明，加工特征频率始终小于空载特征频率，特征频率的相对偏差随砂轮线速度的增大而减小，随磨削深度、进给速度的增大而增大，同时比较了各工艺参数对特征频率的影响权重，提出了改善加工效率的思路.     

氧化锆陶瓷微尺度磨削表面质量试验研究

为提高氧化锆陶瓷零件微细加工过程中的加工表面质量,改善氧化锆陶瓷零件的使用寿命,采用0.9mm磨头直径、500#磨粒的微磨棒对氧化锆陶瓷进行微尺度磨削三因素五水平正交试验.首先通过极差和方差分析,研究了磨削参数影响氧化锆陶瓷表面质量主次因素;其次优化出获得较低表面粗糙度值的工艺参数组合;最后通过单因素试验研究氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度随磨削参数的变化规律.结果表明,磨削参数对表面粗糙度影响顺序依次为:磨削深度、进给速度、主轴转速;当主轴转速v_○s=40000r/min,进给速度v_○w=20μm/s,磨削深度a_○p=3μm时,表面粗糙度最小;表面粗糙度随主轴转速增大呈先下降后上升的趋势,随进给速度和磨削深度的增大而增大.     

三维超声振动辅助铣磨氧化锆陶瓷的试验研究

分析了三维超声振动辅助铣磨（Ultrasonic Vibration Assisted Grinding, UAG）中单颗磨粒的运动学,采用自主搭建的三维超声振动辅助铣磨加工系统,对氧化锆陶瓷进行超声振动辅助铣磨加工试验.在不同超声辅助条件下,对比铣磨氧化锆陶瓷的法向铣磨力、表面粗糙度和工件表面形貌,研究不同加工参数对三维UAG加工过程的影响规律以及三维超声对铣磨过程的影响.研究结果表明,铣磨氧化锆陶瓷时,法向铣磨力随超声辅助加工维度的增加而减小,三维UAG加工可有效降低其铣磨负荷,且加工参数对法向铣磨力降低幅度的影响最小;法向铣磨力降低幅度随进给速度与切削深度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大.氧化锆陶瓷工件的表面粗糙度随超声辅助加工维度的增加而降低,表面形貌逐渐呈现更多的塑性划痕,加工参数对三维UAG加工表面粗糙度的影响最小.由此可见,三维UAG加工中,单颗磨粒切削轨迹长度的增大有利于其切削厚度减小,从而降低铣磨力并改善加工表面质量.     

镍基高温合金磨削表面工艺性能试验研究

为了探究镍基高温合金的磨削表面工艺性能,采用单因素试验的方法,分别进行镍基高温合金单晶DD5和多晶GH4169的平面槽磨削试验,得到砂轮线速度、磨削深度和进给速度对其表面质量的影响规律,并对磨削亚表面微观组织和磨屑形貌进行观察.结果表明:随着砂轮线速度的增大,表面粗糙度R_○a不断减小;随着磨削深度和进给速度的增大,表面粗糙度R_○a不断增大.在相同工艺参数下,多晶GH4169更容易加工,可磨削性能更好.随着砂轮线速度的增大,磨削亚表面出现塑性变形层且塑性变形作用减弱.磨屑主要有锯齿状和崩碎状等,其中锯齿状磨屑居多.     

CBN砂轮高速磨削磨削力分力比实验研究

通过实验分析了CBN砂轮高速磨削磨削力分力比的变化情况,针对不同的磨削参数对磨削力分力比的影响程度进行研究.结果表明:磨削深度ap的增大、砂轮线速度vs的提高、工作台速度vw的提高都会使磨削力分力比Cf增大.在砂轮状况对磨削力分力比的影响中,磨粒尺寸小的砂轮磨削力分力比更小.     

镍基单晶高温合金磨削表面质量及亚表面微观组织试验

采用正交试验的方法,研究了镍基单晶高温合金DD5表面质量影响因素和亚表面微观组织.进行DD5平面槽磨削正交试验,得到砂轮线速度、磨削深度和进给速度对表面质量的影响规律,优选出最优工艺参数组合,并对磨削亚表面微观组织和磨屑形貌进行观察.结果表明:砂轮线速度对磨削表面粗糙度R_○a影响最大;随着砂轮线速度的增大,表面粗糙度R_○a不断减小;随着磨削深度和进给速度的增大,表面粗糙度R_○a不断增大.选出的镍基单晶高温合金DD5平面磨削试验参数范围内的最优工艺参数组合:砂轮线速度为30m/s,磨削深度为20μm,进给速度为0.2m/min.磨削亚表面出现了塑性变形层和加工硬化层.磨屑主要呈现出一节一节的锯齿状特征.     

基于不同单颗磨粒模型的微细磨削力研究

微细磨削技术能够实现硬脆材料复杂结构微小零件的高精高效低成本加工.通过深入分析微细磨削机理,考虑刃角圆弧半径的影响,建立了圆锥、球形、三棱锥、四棱锥等4种单颗磨粒切削力模型;采用VHX-1000超景深光学显微镜对Φ0.5mm、#600微磨棒表面磨粒形状进行观测分析并统计,建立了基于单一磨粒模型和基于综合磨粒模型的微细磨削力模型;在ZCuZn38上进行微细磨削试验,对比研究了微细磨削力理论计算结果与试验结果,并基于理论模型讨论了微细磨削力随工艺参数的变化规律.结果表明,单一磨粒模型微细磨削力与综合磨粒模型微细磨削力均能预测不同工艺条件下的微细磨削力,但综合模型微细磨削力的误差最小;不同磨粒模型计算得出的法向磨削力较为一致,但切向磨削力差异较大.     

有序排布砂轮磨削加工BK7玻璃试验研究

考虑磨削过程中任意相邻磨粒之间的相互作用,针对单颗磨粒进行有序排布研究,提出一种能够控制任意两颗磨粒间距的有序排布策略.经过排布后的每颗磨粒作为单独切削刃,在工件表面先后切除材料后形成沟痕.根据排布策略设计3种排布方式,任意相邻磨粒间距分别为-50 μm、0 μm、50 μm,利用电化学阳极溶解在砂轮基体表面制备排布模板,上砂电镀加厚制备相应的有序排布砂轮.采用磨削运动学方法,分析磨削中的磨削力和磨削温度变化情况,通过磨削试验测量实际磨削中磨削力和磨削温度并进行分析. 结果表明,磨削力与进给速度呈正相关,磨削温度与进给速度呈负相关. 磨削深度和磨粒排布间距综合影响温度和磨削力的变化,当磨粒间距较小时,随磨削深度的增加,磨削温度和磨削力稳步升高;当磨粒间距较大时,随磨削深度增加,两者先稳步升高,后缓慢升高.