镍基单晶高温合金微磨削形貌仿真及实验研究

基于单个磨粒微磨削几何运动学规律和最小值函数,推导出全局磨粒的微磨削运动轨迹表达式,建立工件微磨削加工表面的包络线函数集合,得出磨削加工微观形貌仿真预测模型,并通过开展DD5镍基单晶高温合金微磨削加工工艺实验验证模型结果的正确性.实验结果表明:仿真预测微观形貌与实际微观形貌具有相似特征,仿真预测线轮廓高度与实际加工微磨削线轮廓高度误差为0.2~0.3μm;不同磨削参数下的表面粗糙度对比结果也表明预测模型与实验所得的表面粗糙度变化趋势一致.     

基于单刃单磨粒正交切削的微铣磨温度仿真

建立单刃单磨粒正交切削模型,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)法,对微尺度铣磨复合加工进行有限元仿真,分析切削过程中的温度场分布与变化情况,以及后刀面磨粒磨削对加工温度的影响.按照热源分布位置划分温度区,分析加工过程中各温度区温度变化规律.通过仿真结果发现,工件加工时温度场中的最高温度出现在磨粒磨削区和毗邻刃口处两个位置;除磨粒磨削区外,微铣磨复合加工工件各温度区温度变化规律与微铣削相同;后刀面磨粒磨削作用使切削过程中工件各温度区温度升高,离磨削区越近,温升越大.     

镍基单晶高温合金微尺度磨削温度仿真

针对镍基单晶高温合金具有较强各向异性以及镍基单晶高温合金微尺度磨削温度场研究较少的情况,建立了基于Hill模型的三维磨削温度仿真模型,并采用任意拉格朗日－欧拉法(ALE),实现单晶材料微磨削过程有限元温度仿真,分析微磨削过程中的温度场分布及其变化情况,研究了不同磨削深度、磨削速度以及不同晶面(100),(110)和(111)对微磨削温度的影响规律.结果显示:微磨削高温区发生在磨粒前表面与工件接触的半椭圆形区域,即第Ⅱ温度区;磨削区域温度随着磨削深度增加而增加,随着主轴转速增加而增加;在镍基单晶高温合金不同晶面内微磨削时,(111)晶面温度最高,(110)晶面次之,(100)面微磨削温度最小.     

石英玻璃微尺度磨削温度仿真与实验研究

建立了微磨削过程的传热模型,针对石英玻璃材料进行有限元仿真分析,探讨了微磨削过程中磨削热的分布情况,分析磨削用量对磨削温度的影响规律.利用粒度500#的微磨具对石英玻璃进行单因素磨削温度测量实验.仿真与实验结果表明:磨削区表面最高温度随切削深度的增大而升高,随磨削速度的加快而升高,实测最高磨削区温度仅为94.2℃,并没有出现磨削烧伤现象.     

钠钙玻璃微磨削表面粗糙度与表面形貌

针对钠钙玻璃材料进行了一系列的微磨削实验研究,主要探讨了不同磨削因素对工件加工表面粗糙度和三维表面形貌的影响.根据微磨削加工的特点,在不同的加工条件下,分别用200#和500#两种磨粒微磨棒对钠钙玻璃材料进行三因素五水平正交试验.通过分析加工后表面粗糙度和表面形貌的变化规律,找出影响加工质量的主要因素.研究结果表明:主轴转速与进给速度是影响表面粗糙度和三维表面形貌的主要因素,磨削深度对其影响不大,为今后提高微磨削加工的表面质量以及微磨削领域的深入研究提供了参考.     

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.     

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.     

TiC涂层微磨具磨削表面质量影响因素

对钠钙玻璃进行磨削实验,研究了磨削参数对加工后钠钙玻璃表面粗糙度和形貌的影响.探讨了不同涂层微磨具磨削后已加工表面形貌和不同冷却条件下表面的粗糙度.实验结果表明:随磨削速度的增加,磨削深度和进给速度减小,已加工表面粗糙度减小,表面形貌更光滑、质量更好.在不同冷却条件下,湿磨已加工表面粗糙度值更低,表面质量更好.相同粒度的CBN微磨具和金刚石微磨具相比,金刚石涂层微磨具加工表面质量更好,更适宜对玻璃等硬脆材料进行磨削加工.     

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.     

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.     

基于ANSYS的石英玻璃超声振动辅助微磨削温度场研究

本文对脆硬材料的超声振动辅助微磨削温度场有限元仿真进行研究。首先建立了超声振动辅助微磨削的能量分配比模型,基于能量分配比模型得到进入工件的热流量;其次,为验证理论解析模型,基于ANSYS建立了超声振动辅助微磨削的有限元模型,采用APDL语言对超声振动辅助微磨削温度场进行三维有限元仿真,仿真结果直观地揭示了三维温度场的形态特征和趋势规律。最后研究分析了不同磨削参数下石英玻璃磨削温度场的变化规律和边界尺寸效应。     

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.     

超声振动辅助微磨削温度场的实验研究

采用热电偶方法,对石英玻璃工件进行有、无超声振动的磨削温度实验研究。首先选择合适的热电偶及热电偶测温方法;然后设计了超声振动辅助微磨削实验方案并分析超声振动在不同加工参数下对磨削温度场的影响。实验结果表明:超声振动能够有效的降低磨削过程中的温度。     

新型点磨削砂轮磨削温度仿真实验

点磨削倾斜角α和新型砂轮粗磨区倾角θ的存在使得砂轮与工件接触区域发生变化,由线接触变为理论上的点接触,磨削区温度也随之发生变化.本文采用有限元法仿真点磨削温度,采用热电偶法测量磨削区温度,设计了五因素四水平L₁₆(4⁵)正交试验;通过极差分析,得出影响点磨削温度的主次因素为:粗磨区倾角θ>磨削深度a_○p>倾斜角α>进给速度v_○f>砂轮速度v_○s,降低磨削区温度的最优参数组合为:θ(20°),a_○p(0.01mm),α(1°),v_○f(0.6mm/min),v_○s(35m/s).最后采用单因素实验,验证仿真的正确性并且深入分析了各参数对点磨削温度的影响规律及原因.     

小切深磨削表面微结构损伤机理及影响

针对小切深磨削条件下工件表面微结构损伤,理论分析了磨削残余应力与磨削微裂纹之间的关系;运用有限元仿真分析法,获得不同磨削条件下45钢工件表面残余应力的数值及其分布云图,并分析不同磨削深度和冷却条件对其磨削残余应力的影响.最后基于不同的磨削条件,对45钢试件进行磨削试验,通过测量不同试件的表面残余应力,验证仿真结果的正确性;同时,通过观测不同磨削参数下的试件表面SEM图,研究不同磨削表面的微结构损伤.试验结果表明,采用适当的磨削参数和条件可以有效减少和避免磨削表面微结构损伤.