Al2O3陶瓷的激光辅助磨削机理

针对氧化铝陶瓷难加工、加工表面质量差等问题,进行了激光辅助热磨削加工的研究.根据氧化铝陶瓷的热物理性能参数,分析了激光辅助磨削热加工机理,搭建激光辅助磨削加工实验系统,进行激光辅助磨削与常规磨削加工实验.采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦分析加工后的工件表面.结果表明:采用激光辅助磨削加工氧化铝陶瓷可改变材料的去除方式,使陶瓷的脆性去除变为塑性去除;与常规磨削加工相比,加工表面形貌脆性断裂减少,表面粗糙度值更低,表面质量更好,砂轮使用寿命延长.     

FeCoNiCrMo高熵合金磨削机理及表面粗糙度

针对FeCoNiCrMo高熵合金进行平面磨削实验,研究其材料去除机理,分析不同磨削参数对磨削表面粗糙度和表面形貌的影响规律.研究采用不同砂轮磨削的试件表面形貌,并探讨干磨和湿磨条件下磨削表面粗糙度的变化规律.实验结果表明:FeCoNiCrMo高熵合金磨削过程满足塑性材料去除机理;随磨削速度增大,进给速度和磨削深度减小,磨削表面粗糙度值减小,表面形貌更加平整;与采用电镀砂轮磨削的试件相比较,采用树脂结合剂砂轮磨削的试件表面粗糙度值更低,表面形貌更好;与干磨试件相比较,湿磨的试件表面粗糙度值更低,表面质量更好.     

窄深槽磨削加工过程的热分布研究

为了对窄深槽磨削温度进行深入研究,通过将砂轮与工件的接触区分为顶刃区和侧刃区,对窄深槽底面和侧面分别进行温度研究。在窄深槽磨削中,顶刃区热流服从形状函数 分布,侧刃区服从浅磨的磨削特点,且窄深槽底面和槽侧面在磨削过程中受到多个磨削热源的耦合作用,据此建立了窄深槽底面和槽侧面的磨削温度理论模型。采用K型热电偶测量了窄深槽底面和和侧面的磨削温度,通过试验对磨削温度理论模型的有效性进行验证。研究结果表明：窄深槽底面和侧面受到多个磨削热源耦合作用,直接作用于加工面的磨削热源对加工面的温度影响最显著;窄深槽试验测量温度与理论计算值表现出良好的一致性。     

针齿壳成形磨削砂轮廓形修整

根据摆线轮与针齿壳的设计参数,建立了针齿槽的齿面方程,探讨了立方氮化硼(CBN)砂轮磨削特性和常用的修整方法。基于成形磨削理论中砂轮与工件的相对运动及位置关系,建立了成形磨削坐标系,推导出成形砂轮轴向截形坐标点方程。依据等距曲线原则,求解出金刚石滚轮修整砂轮时的运动轨迹。运用MATLAB软件编写砂轮修整程序,并给出计算实例,实现了针齿壳相关参数的计算、保存及数值仿真模拟。试验结果表明:以金刚石滚轮与砂轮联动插补的方法修整砂轮磨削的针齿齿廓形状误差较小,齿廓形状X值最大绝对误差为0.032 02 mm,最小绝对误差为0.005 63 mm;Y值最大绝对误差为0.031 30 mm,最小绝对误差为0.001 85 mm。     

基于驻留时间控制的压气机叶片前缘砂带磨削研究

提出了一种面向叶片前缘廓形精准控制的机器人砂带磨削加工方法. 以轴流压气机叶片为研究对象,结合半赫兹接触理论和有限元仿真获取了柔性磨具和叶片前缘的接触区域内的应力分布,基于Preston方程求解材料去除函数. 遍历刀位点对控制点的磨削深度,建立全局材料去除矩阵,搭建驻留时间求解非线性方程组. 采用带有阻尼因子的Tikhonov正则化消除大型稀疏病态矩阵对求解精度波动的影响,将所求驻留时间转换为对应刀位点的进给速度,生成机器人加工代码. 磨削试验结果表明,基于驻留时间控制的机器人砂带磨削方法能够实现给定允差范围内叶片前缘廓形的精准加工,型面误差可以控制在0.02 mm以内.     

结构化砂轮磨削蓝宝石微沟槽底面质量的研究

针对蓝宝石这类超硬材料表面微结构难加工的问题,提出一种基于结构化砂轮的磨削表面微结构方法.采用电火花线切割（Wire Electrical Discharge Machining, WEDM）技术对砂轮表面进行结构化修整,利用修整后的结构化砂轮磨削蓝宝石表面微结构,研究顺磨和逆磨方式下,结构化砂轮磨削速度、磨削深度和进给速度对蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度的影响规律.研究结果表明,结构化砂轮磨削蓝宝石表面微沟槽形貌基本完整,且相对120 μm的加工深度,尺寸误差仅为1.4 μm,微沟槽的垂直度较好,垂直度偏差仅为4.9°;顺、逆磨方式下,随着磨削速度增大,磨削深度和进给速度减小,都可以减小蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度;相较于逆磨方式,顺磨方式下微沟槽底面微坑较小,底面质量更优;在较优加工参数砂轮磨削速度 35 m/s、磨削深度1 μm、工件进给速度200 mm/min下,表面粗糙度从4.487 μm降低至2.923 μm.     

氧化镓单晶的磨削材料去除机理和损伤演化研究

为了探究氧化镓单晶在磨削过程中材料去除机理和亚表面损伤演化规律,通过变切深纳米划痕试验模拟单颗磨粒去除材料的过程来探究磨削过程中的材料去除机理,使用粒度分别为SD600、SD1500和SD5000的金刚石砂轮对氧化镓单晶进行磨削试验,分析磨削表面形貌和亚表面的损伤演化规律.使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜作为主要表征手段,采用有限元法分析划痕过程中的应力分布.研究结果表明,氧化镓单晶在材料去除过程中沿不同晶向扩展的交错滑移带可能导致不规则的破碎坑,取向裂纹受到（-3-10）滑移面的严重影响. 随着砂轮粒径的减小,磨削表面形貌表现为破碎坑和取向裂纹主导的脆性表面逐渐演化为完全塑性表面.     

展成法球面磨床的几何误差补偿

利用多体系统运动学理论,通过变换矩阵方程,分析了系统中的移动副误差、转动副误差和正交误差原理.针对展成法球面磨削系统的结构与加工方式的独特性,提出了虚拟磨削点,建立了球面磨削系统的空间误差模型,并通过激光干涉仪进行了几何误差的测量.利用软补偿方法进行实验验证的结果表明,经过几何误差补偿后的球面加工精度有显著改善.     

纳米复相陶瓷超声磨削频率与表面质量关系的实验研究

基于超声刻划试验得出超声振动下单颗磨粒去除材料方式的变化,从本质上解释了超声磨削下表面质量提高的原因.超声振动作用会导致材料的磨削层表面等效硬度急剧降低,材料去除方式从脆性向塑性转变,且随频率升高现象更为明显.实验结果表明,超声磨削下纳米复相陶瓷材料的表面质量高于普通磨削,且超声振动频率的升高对提高表面质量有促进作用.