金刚石圆锯片的优化设计

由于在实际使用过程中锯切石材存在多变性，导致金刚石锯片刀头设计的参数复杂．作者通过对主体石材的系统研究，根据金刚石圆锯片切石材的机理，提出了岩石Ａ，Ｂ值的概念，并测定其数据；此外，设计了金刚石锯片的优化方案，并在野外进行试验验证．结果表明，该优化设计方案合理、实用，具有较大的社会效益和经济效益．     

金刚石圆盘锯石机荒料锯切过程的能耗预测

为了精确测量金刚石圆盘锯石机锯切加工过程中的功率和能耗,以石材荒料锯切为研究过程,建立了金刚石圆盘锯石机锯切加工过程的能耗预测模型。通过荒料锯切加工实验,采集荒料锯切加工过程中的功率数据,以锯切参数作为模型的基本变量,经过数据拟合得到功率能耗模型的系数,建立了基于锯切参数的功率和能耗模型。研究结果表明,建立的能耗预测模型充分考虑了锯切参数对加工过程中功率和能耗的影响,能够表达变材料去除率加工过程中的功率特性,准确预测整个锯切过程的功率和能耗情况,为选择最节能的石材荒料锯切加工方案提供依据。     

石材桥式切割机多边形区域的粗加工优化

利用圆盘锯在粗加工方面具有切削深度较深和线速度大的优势,扩大石材桥式切割机的加工范围,研究其在多边形区域中的切削加工优化问题.首先,研究圆盘锯的切削几何特性,根据圆盘锯切触面特性,计算避免干涉现象的多边形内轮廓;然后,对多边形区域进行走刀方向优化,以减少进退刀次数,从而缩短加工时间;最后,为进一步缩短加工时间,采用最邻近点法对加工轨迹进行优化.通过对多边形区域加工的仿真研究,验证了提出方法的有效性.     

基于BP神经网络的金刚石锯片寿命预测

在花岗石锯切过程中影响金刚石锯片寿命的因素交错复杂,对正确设计、制造和使用工具都带来极大困难。利用神经网络方法,研究花岗石种类、特性、锯切参数等多处因素对工具寿命的交互影响规律,对花岗石锯切用金刚石圆锯片的制造、使用起了指导作用,从而提高工具的加工效率,降低加工成本,经网络训练表明：（１）以花岗石的石英、长石和斜长石的百分含量、抗拉强度、抗压强度;（２）以锯切用量的切深、进给量、锯片圆周速度为输入     

SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度的有限元分析

为了实现对碳化硅单晶(SiC)线锯切片亚表面微裂纹损伤深度快速计算与非破坏性分析,基于SiC单晶锯切加工脆性模式的材料去除机理,选择材料脆性开裂本构模型,建立了SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度计算有限元模型。模型通过定义开裂状态量的输出,控制晶片表面单元失效与删除,将晶片上计算点区域内未失效单元节点到晶片表面最大距离提取为微裂纹损伤深度,实现了微裂纹损伤深度的仿真计算。研究了锯切过程的最大主应力与应力变化率的变化规律,仿真计算了切片微裂纹损伤深度,结果表明:锯切过程中距切点越近,最大主应力值与应力变化率越大;当工件进给速度一定时,锯丝速度提高,SiC晶片的微裂纹损伤深度降低;有限元模型的仿真计算值均小于实验测量值,结果变化趋势较一致,其相对误差范围为10%~15.92%。建立的有限元模型可以较准确地预测计算SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度。     

圆锯片轴向变形的解析模型及其实验验证

为研究石材锯切过程中圆锯片的轴向变形及其与轴向力之间的关系,根据弹性薄板小挠度弯曲的基本理论,对轴向力作用下圆锯片的轴向变形进行理论推导,并通过编程进行数值求解.采用实验方法测量圆锯片在锯切石材时的轴向变形及轴向力信号,并将圆锯片上一整圈的轴向变形实验结果与解析模型计算结果进行比较.研究表明:两种方法所得圆锯片轴向变形的结果符合得较好,由圆锯片所受的轴向力可以推导出锯片的轴向变形.     

基于磨粒轨迹的双端面磨削材料去除均匀性研究

双端面磨削加工中，工件上下表面由两个端面砂轮分别以面接触形式磨削，具有较高的加工效率，但往往存在着表面材料去除量不均匀现象.为了分析双端面磨削中工件表面材料非均匀性去除影响因素，建立端面磨削中材料去除量分布模型，在不同磨削参数下进行仿真与实验研究.结果表明，砂轮与工件转速比的大小对工件表面去除均匀性具有显著影响.仿真与实验结果趋势一致，为改善端面磨削表面材料去除均匀性、提高表面质量提供了理论依据.     

小切深条件下磨削加工表面的温度场及表面完整性

基于矩形热源模型对小切深磨削加工表面温度场进行了建模及数值仿真.采用45钢作为工件材料,研究了磨削过程中不同磨削参数条件下工件表层温度场分布规律及表层金相组织特征.结果表明:在小切深条件下,磨削区的最高温度随着磨削深度的增加或者工件速度的降低而增大,磨削深度对表层最高温度的影响大于工件速度的影响;工件速度对表层温度梯度的影响大于磨削深度的影响,磨削区温度并未完全达到相变温度.     

基于ICM法的龙门式加工中心焊接横梁结构设计与优化

目的分析异型石材锯铣复合加工中心的工况,提出一种焊接式横梁的结构设计与优化方法,以提高关键部件横梁的动、静态特性.方法将横梁焊接工作过程中的各肋板作为独立单元,建立数学模型,设置边界条件,应用连续体ICM拓扑优化方法,对横梁肋板结构优化和肋板的分布进行设计规划.结果应用ICM法改进设计的异型石材锯铣加工中心横梁,在保证加工精度要求的前提下,其整体质量可以降低24.18%,生产成本较低约6.91%.结论该ICM拓扑优化方法有效地降低了优化求解规模和约束数目,计算效率得到提高,打破了传统经验设计的单一化,为今后的制造业结构轻量化设计提供了一种新思路.     

成果推广

花岗石、大理石薄板加工成套设备 本套设备用于大理石、花岗石薄板的生产,可完成切片、磨抛、裁板等工序,适用于中、小石材加工厂、乡镇及个体石材加工厂,用户可根据产量及规格选用配套。 1.YSGB-1200双刀片龙门小切机:采用φ1200mm金刚石圆锯片,每次可切下两块500mm宽的毛板(适用于生产450mm以下规格的薄板)。 2.YSGB-1600龙门中切机:采用φ1600mm金刚石圆锯片,可切650mm宽的毛板(适用于生产600mm以下的规格板)。     

复杂曲面加工过程多约束自适应进给率控制策略

建立了基于过程约束和刀具运动分析的切削力精确预测模型,在此基础上提出了复杂曲面加工过程多约束的进给率自适应定制方法.基于刀具与工件的相对运动分析,并依据刀刃微元在切削过程中真实运动轨迹的解析表达,建立了精确计算未变形切屑厚度的理论模型,由此给出针对复杂曲面加工的任意刀具运动轨迹拓扑形状的铣削力计算公式.以切削力模型为基础,结合悬臂梁模型、应力模型和扭矩计算公式,给出进给率定制过程中的关键制约因素.以材料去除率最大化为目标,通过求解有约束极值问题实现进给率优化.实例验证表明该模型能够进行复杂曲面加工进给率自适应定制,优化后的进给率有利于在保证加工精度和安全的前提下实现加工效率的最大化.     

小切深条件下磨削表面完整性变化机理

磨削表面强化后的残余应力及表面层硬度的改变是评价零件加工表面完整性的重要指标,并对零件的疲劳强度、耐磨损性能等影响显著.针对工程中更为多见的小切深磨削工艺过程,基于45钢试件磨削加工试验,以磨削变质层的金相组织、厚度、表面硬度和残余应力为研究对象,重点讨论了小切深条件下磨削表面变质层组织特征与形成机理.结果表明:在小切深干磨削条件下,工件表层存在残余拉应力,应力值随磨削深度的增加或工件速度的增加而减小;工件表面变质层厚度随磨削深度的增加或工件速度的减小而增大.试验结果说明,在小切深干磨削条件下,合理确定磨削用量及砂轮特性参数等,可使工件表层产生强化作用.     

高温合金K445微磨削表面质量实验研究

为探究镍基高温合金的微尺度磨削表面质量,首先采用0.9 mm磨头直径、500#磨粒的微磨棒对典型镍基高温合金材料K445进行微尺度磨削三因素五水平正交试验.通过极差分析找出影响微磨削表面质量的主次因素:进给速度的影响最大、主轴转速次之、磨削深度的影响最小;优化出了微磨削K445的理想工艺组合,即进给速度fm=20μm/s、磨削深度ap=6μm、主轴转速vg=58 kr/min时,加工表面粗糙度最小,Ra为462 nm.其次通过单因素实验总结出了进给速度、磨削深度、主轴转速及微磨棒悬伸量对K445磨削表面质量的影响规律,并对其原因进行了深入分析,使之为镍基高温合金微小零件的加工提供重要的理论依据.     

Experimental Studies on Ultrasonic Vibration Grinding of the Workpiece Made from Fine-crystalline Zirconia Ceramics

The performances of fme-crystalline zirconia ceramics in workpiece ultrasonic vibration grinding （WUVG） and conventional grinding （CG） with diamond wheel were researched. The effects of WUVG and CG on material removal rate, grinding forces, surface roughness and microstructure of zirconia ceramic were investigated. Experimental results indicated that： （1） The material removal rate （MRR） in ultrasonic grinding process is two times as large as that of in conventional grinding. The material removal rate increases with increasing grinding depth in both ultrasonic grinding and conventional grinding. （2） The ultrasonic vibration grinding force is lower than that of conventional grinding force, and the increase of the worktable speed leads to a decrease of the grinding force, while the grinding force increases with larger grinding depth in both WUVG and CG. （3） The surface of ultrasonic vibration grinding has no spur and build-up edge and its surface roughness is smaller than that of CG significantly. Surface quality of WUVG is superior to that of conventional grinding, it is easy for ultrasonic vibration grinding that material removal mechanism is ductile grinding.     

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.     

纳米结构陶瓷(n-WC/12Co)涂层材料精密磨削的试验研究

对纳米结构陶瓷(n—WC／12Co)涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究，对常规结构陶瓷(c—WC／12Co)和n—WC／12Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验。分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮粘结剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响。结合被磨试件表面的扫描电镜(SEM)的观察，分析了n—WC／12Co涂层材料磨削的材料去除机理。     

基于热-力耦合磨削表层残余应力的仿真分析

为研究磨削后工件表面残余应力的分布特征需要先进行磨削区温度场的分析.通过建立磨削区温度场的数学模型和传热模型,应用ANSYS分析不同磨削参数对磨削区温度场的影响,仿真结果表明磨削深度对最高温度的影响最大.结合磨削过程中产生的磨削力,用APDL程序对磨削区的热-力耦合场进行ANSYS分析,获得工件在恢复室温时磨削残余应力大小及分布状态,揭示热-力耦合情况下对磨削表面残余应力形成的影响机制.通过残余应力试验对比试验结果和仿真结果,验证了仿真方法的有效性.     

Zr-4合金管砂带随形磨削实验分析

采用3种不同磨料的砂带对Zr-4合金管进行了磨削工艺试验,探究了磨粒与工件间的交互创成机理,得到了Zr-4合金材料砂带磨削过程中材料去除率和表面粗糙度的主要影响因素。借助先进的测试设备,对磨削后的砂带磨粒磨损形貌、工件表面形貌进行了观测,并对Zr-4合金表面烧伤层金相组织及显微硬度变化规律做了分析研究。试验结果表明：砂带线速度、磨削压力、接触轮硬度和磨料种类对材料去除率和表面粗糙度均有较大的影响,其中砂带线速度影响最为显著;锆刚玉和氧化铝磨粒的粘附磨损较为严重,碳化硅磨粒主要以磨耗磨损为主;工件烧伤时材料表层金相组织发生变化,使得Zr-4合金物理机械性能下降。试验及研究结果为寻求高效、高精度Zr-4合金砂带磨削加工工艺提供了试验和理论依据。     

窄深槽高速缓进给磨削温度的试验

为了研究窄深槽结构类零件磨削温度的变化趋势及影响因素,采用电镀CBN砂轮对AISI 1045钢工件进行了高速深切缓进给磨削试验并利用热电偶采集温度分布数据;分析了窄深槽磨削过程中磨削温度的变化趋势以及砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度对窄深槽底部、圆角位置、槽侧面位置温度分布的影响。试验结果表明: 窄深槽磨削区温升主要来源于材料塑性变形功的增加,同时磨削温度会由于塑性变形功的突变效应产生波动;缓进给磨削中磨削温度随砂轮线速度的增加而降低,而随工件进给速度和磨削深度的增大,磨削温度均升高,其中工件进给速度对磨削温度起主要作用,磨削切深对其影响次之,砂轮线速度的影响最小。