平面磨削接触长度的实验研究

采用临界接触状态技术、热电偶技术和三向压电晶体测力仪分别在线测量了不同磨削工况下砂轮-工件的接触长度、磨削温度和磨削力.实验结果表明,实际接触长度远大于几何接触长度,且两者之比与磨削工况密切相关.讨论了磨削参数、砂轮、工件材料、磨削方式、磨削温度和磨削力等因素对接触长度的影响,分析了各自对接触长度的影响机理.随着磨削温度升高、磨削力增大,导致工件和砂轮的变形增大,进一步导致接触长度增大.     

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.     

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.     

磨削热对碳纤维复合材料表面质量影响研究

碳纤维复合材料具各向异性、导热系数低、磨削时热量易堆积,导致切削条件恶劣,严重影响工件表面质量.采用GC60J碳化硅砂轮平面磨削单向碳纤维复合材料,用热电偶在线测量磨削区域温度,分析不同工艺参数下磨削温度的变化规律以及磨削热对试件加工质量的影响.试验结果表明：切削速度、磨削深度和工件进给速度的增大都会引起磨削温度的升高;磨削热对磨削表面质量有不利的影响,导致磨削表面纤维脱粘、烧伤等现象,使得磨削表面质量恶化.     

凸轮轴磨削数据库系统的设计与开发

针对凸轮轴磨削加工的现状,提出开发磨削数据库系统的设想.以凸轮轴磨削加工中的工件、磨床、砂轮、磨削液和磨削参数等数据信息作为研究对象,分析数据库系统功能需求、系统角色和系统数据关系等,详细设计系统功能模块、基础数据库、用户权限和系统架构,开发凸轮轴磨削数据库系统,实现凸轮轴的磨削数据的系统化、规范化,向用户提供机床、砂轮、磨削液、材质、实例等信息的收集、查询与检索服务,解决凸轮轴磨削工艺选型与方案决策的技术难题.     

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.     

钨合金精密磨削砂轮磨损及对表面质量的影响机制

为了满足钨合金零件的高精度和高完整性表面加工需求,实现钨合金磨削质量的控制和加工工艺的优化,通过分析砂轮磨粒种类和结合剂类型对砂轮磨损形式的关系,明确了超硬磨料砂轮在钨合金磨削加工中的优势.研究了磨粒粒度和磨削参数对钨合金磨削加工质量的影响规律,为制定合理的磨削工艺提供依据.通过磨削试验获得钨合金高精度和高完整性表面磨削加工工艺.研究结果表明,钨合金磨削过程中砂轮易磨损,超硬磨料砂轮更适合钨合金的磨削加工.金属结合剂金刚石砂轮在钨合金磨削加工的表面质量和加工精度方面表现出优越性.通过改进磨削参数,钨合金精密磨削后表面粗糙度可达18.9 nm,实现了镜面磨削效果.     

TC4钛合金超高速磨削工艺试验研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂CBN砂轮,对TC4钛合金进行了超高速磨削工艺试验,对磨削后砂轮及工件表面形貌进行了观测.研究了砂轮线速度、工作台速度、磨削深度等磨削参数对磨削力、表面粗糙度等的影响情况.结果表明,TC4钛合金在超高速磨削条件下的加工效率和表面品质获得了明显提高.     

氮化硅材料的ELID精密磨削试验研究

ELID（Electrolytic In-process Dressing）磨削技术是在电化学加工、电解磨削原理基础上发展起来的一项磨削新技术,是一种新型的在线连续修整磨削的方法.ELID磨削特别适合利用金属基金刚石微粉砂轮对脆硬难加工材料进行超精密镜面磨削加工.本文通过对三块热压氮化硅工件的ELID磨削试验,基于LABVIEW数采系统进行实时监测和分析处理数据,利用砂轮和阴极的极间电流表征钝化膜状态,获得了在不同平衡电流条件下的ELID磨削效果.试验结果表明：在一定范围内,ELID磨削的钝化膜的厚度越大、致密性越好,磨削质量就越高.     

激光织构对Ti-6Al-4V磨削性能影响的研究

采用CBN砂轮磨削表面激光织构化Ti-6Al-4V,基于织构的沟槽间距、深度和宽度参数,在Ti-6Al-4V表面设计并激光加工不同图案的沟槽织构,利用CBN砂轮进行磨削实验,从表面形貌、表面粗糙度及磨削力、磨削力比和砂轮磨损等方面分析其表面磨削性能.实验结果表明:磨削过程中,不同沟槽织构对表面粗糙度有轻微影响,而对磨削力和力比与磨削磨损等其他磨削参数的影响明显,且织构A形沟槽能最有效地改善Ti-6Al-4V的磨削性能.     

深切缓进给磨削烧伤实验研究

在磨削难加工材料的型面和沟槽中,较大的磨削深度导致磨削区温度较高,使工件表面发生烧伤.研究开展了一系列的深切缓进给磨削实验,分析不同磨削参数下工件的烧伤情况.同时,通过分析磨削时所消耗的磨削功率和磨削能,分析烧伤的原因,并提出判断工件烧伤的依据.     

120m/s高速磨削工艺的试验研究

本文阐述进行120m/s高速磨削所使用的试验研究设备及其工艺条件.列出了使用不同砂轮在不同的磨削条件(z')下所得到的主要参数(F'_n, P, V'_w, G, R_a)的试验结果.在其它条件相同的情况下,和60m/s磨削的试验结果进行比较,120m/s高速磨削在提高磨削生产率、磨削精度、砂轮耐用度和工件表面光洁度等方面,都有显著的优越性.本文还对进行120m/s高速磨削时影响磨削过程的主要工艺参数及各参数问的关系进行了试验、分析和研究.试验结果表明,高速静压轴承、用高压喷咀冲洗砂轮和冷却磨削区域、砂轮平衡及修理条件等因素均对120m/s高速磨削过程产生影响.     

磨削温度的试验研究

本文对外圆切入磨削的温度进行试验研究.以不同的砂轮速度(30、40、50、60、80米/秒)对几种常用材料(球墨铸铁、45~#钢、GCr15轴承钢)进行磨削试验,用半人工热电偶法测量磨削温度.试验结果表明:砂轮速度增加,磨削温度升高.砂轮速度由30米/秒增加到60米/秒,磨削温度升高约70%;砂轮速度由60米/秒增加到80米/秒,磨削温度又升高15～20%.磨削韧性大、强度高的材料,其磨削温度比磨削脆性材料时更高.     

齿轮钢缓进给深磨的工艺可行性分析

以齿轮钢40CrNiMo为研究对象,保持金属去除率一定,改变磨削深度和工件进给速度,测量磨削力,计算磨削力比和磨削比能.观察磨削表面微观组织变化,测量磨削表面粗糙度、表层亚表层微硬度变化、磨削表面残余应力,探讨深切缓进给磨削在齿轮钢磨削过程中的工艺可行性.缓进给深磨对比试验表明:在等金属去除率条件下,缓进给深磨的磨削表面质量较好,加工效率高,利用缓进给深磨加工齿轮钢进行去余量加工具有很高的可行性;由于缓进给深磨热影响区较大,不适合于齿轮钢精密成形加工,必须增加精磨工序.     

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.     

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.     

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.     

2D-C/SiC复合材料磨削加工表面形成机制

采用树脂结合剂金刚石砂轮对二维正交编织结构(2D-C/SiC)复合材料进行平面磨削实验,研究磨削加工参数对磨削后表面形貌的影响规律,并分析了磨削表面形成机制.结果表明:磨削参数对表面三维粗糙度(S_a)影响明显,S_a随着磨削深度和工件进给速度的增加而增大,但砂轮线速度的增加,其值反而会降低.0°纤维磨削区(纤维方向与磨削方向平行)的S_a大于90°纤维磨削区(纤维方向与磨削方向垂直)的S_a.在磨削过程中,碳纤维的层状脆性断裂是磨削表面形成的主要机制.0°纤维磨削区比90°纤维磨削区的纤维断裂尺度更加严重,且90°纤维磨削区域上的纤维容易出现拔出.     

合金化改善多孔砂轮磨削性能的研究

通过对不含合金元素Co和添加3%Co的两种孔隙率高达38%的多孔金刚石砂轮进行磨削实验,测定它们在不同磨削条件下的磨削力,并观察磨削后砂轮的表面形貌,综合两砂轮的磨削力、力比Fz/Fx、比磨削能的大小、磨削一定体积材料后比磨削能的增量大小,以及磨削后两砂轮的表面形貌特征等实验结果,对两种砂轮的磨削性能进行分析评价.结果表明,在相同的磨削条件下,添加3%Co的砂轮Ⅱ的磨削力、力比Fz/Fx以及比磨削能均小于不含合金元素Co的砂轮Ⅰ,磨除同样体积的花岗石材料后两砂轮的比磨削能的增加量都不大,并且砂轮Ⅱ的比磨削能的增加量始终小于砂轮Ⅰ的比磨削能的增加量.两种砂轮磨削一定体积的花岗石后,在砂轮Ⅰ表面有较多的金刚石脱落坑,同时胎体出现较深的磨痕.     

分块杯形砂轮磨削高硬度涂层球面温度

针对分块杯形砂轮磨削高硬度涂层球面的实际工况,计算移动热源的有效宽度,并使用三角形移动热源模型对磨削温度场进行理论建模.分析了磨削运动对传热过程的影响,结合磨粒端面温度和一维导热模型计算热量传入工件比率.通过实验比较了分块杯形砂轮和普通杯形砂轮的磨削温度及磨后表面形貌,同时,分析了磨削参数对磨削温度的影响.结果表明：分块杯形砂轮磨削高硬度涂层球面较普通杯形砂轮具有更低的磨削温度和更好的磨削条件.