基于冲击原理的磨削接触区及磨削力建模

磨削力是滑擦、耕犁及切削三个阶段共同作用的结果,仅对切削阶段进行研究通常造成切削力计算值与实测值的误差较大;因此本文考虑磨削接触区冲击效应对整个平面磨削加工过程的影响,将接触区划分为冲击区和切削区两部分.通过分析磨粒在冲击区内对工件产生的冲击载荷的变化情况,建立了单颗磨粒的冲击载荷模型及参与冲击的磨粒数目模型,并结合磨削力在切削区的变化情况,构建磨削力理论计算模型及总磨削力数学模型.最后通过实验研究验证了理论分析的合理性.     

基于冲击原理的磨削接触区及磨削力建模

磨削力是滑擦、耕犁及切削三个阶段共同作用的结果,仅对切削阶段进行研究通常造成切削力计算值与实测值的误差较大;因此本文考虑磨削接触区冲击效应对整个平面磨削加工过程的影响,将接触区划分为冲击区和切削区两部分.通过分析磨粒在冲击区内对工件产生的冲击载荷的变化情况,建立了单颗磨粒的冲击载荷模型及参与冲击的磨粒数目模型,并结合磨削力在切削区的变化情况,构建磨削力理论计算模型及总磨削力数学模型.最后通过实验研究验证了理论分析的合理性.     

不同接触下镜片亚表面损伤形成数值模拟

针对目前光学镜片磨削加工时仿真模拟接触模型过于简化的问题,充分考虑不规则磨粒与光学镜片间存在的点、线、弧三种接触状态,分别建立磨粒与光学镜片粗糙表面间的双微凸体接触模型.通过实验,获得磨粒与光学镜片的动态接触过程、应力变化趋势和亚表面损伤的形成、扩展等情况,以及相同加工工艺参数下,磨粒与光学镜片间不同接触状态对光学镜片亚表面裂纹深度和材料磨削去除率的影响规律.     

磨削弧区热源分布形状研究

为了研究磨削力与磨削热耦合作用的残余应力场,基于磨粒轨迹分析和磨粒接触分析,采用概率统计的方法建立了磨削弧区热源分布模型。模型分析了磨削弧区热量分配关系,不需预先假设沿磨削弧总热源分布形状及热量分配比一致,即可获得磨削弧区热源分布形状,解决了以往热源分布形状常被假设为矩形和直角三角形,但矩形热源和直角三角形热源并不能准确地描述热源分布形状的问题。采用有限元法仿真分析了工件磨削温度场,采用热成像仪实测了磨削温度场,并将磨削温度场有限元仿真结果和热成像仪测量结果进行了对比分析,结果表明:有限元模拟结果与热成像仪测量结果具有很好的一致性,磨削弧区最高温度预测值与实测值之间的误差在2.24%~15.3%范围内;直角三角形热源并不能准确地描述磨削弧区热源分布形状;磨削弧区热源分布形状更接近四次多项式函数曲线。     

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.     

PDC切削齿破岩受力的试验研究

试验模拟了切削面积、接触弧长、切削面形状、切削齿后倾角和岩石性能对PDC切削齿破岩受力的影响.结果表明,采用接触弧长、切削面积和岩石可钻性表征切削面的几何形状和岩石性能与PDC切削齿破岩的实质相符.PDC;切削齿单位切削面积上的切向力和正压力随着接触弧长、切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大,并与切削面积与接触弧长的乘积呈显著的线性关系.当后倾角小于10°时,切削齿受力较小.根据试验结果,建立了PDC切削齿破岩的受力模型.     

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.     

端面磨削动态热力耦合效应及对表面去除过程影响

针对端面磨削加工接触表面热力学分布特征提出一种基于动态热力耦合效应的理论建模方法.首先,建立多颗磨粒运动轨迹数学模型;其次,基于磨粒运动轨迹与磨粒高度的动态分布特征对加工工件磨削力进行解析求解;根据求得的磨削力,运用有限差分法(FDM)对端面磨削工件表面动态热力耦合过程进行分析;最后,分别采用有限元法(FEM)和端面磨削实验验证理论分析的合理性.结果表明:动态热力耦合的均一化程度会引起加工工件表面轮廓高度的差异性,减小砂轮转速可改善加工工件表面轮廓.     

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.     

牙科氧化锆陶瓷微尺度磨削力研究

基于带有圆弧刃角的圆锥状磨粒形状和突出高度服从瑞利分布的假设，建立单颗磨粒未变形切削厚度数学模型.根据微磨削力的三种不同来源，以单颗磨粒为研究对象，建立磨削过程中单颗磨粒的切削变形力、耕犁力和摩擦力理论模型.结合单位面积内的磨粒数目，建立微磨削力的理论模型.切向磨削力和法向磨削力预测模型的验证结果表明:切向磨削力理论值与实验值平均误差为7.32%，最大误差小于10%；法向磨削力的平均误差为8.18%，最大误差小于20%.     

磨削参数对硬质合金刀片圆弧表面锯齿的影响

为了控制硬质合金刀片圆弧刃处的表面质量,通过分析单颗磨粒与工件的接触长度和最大未变形切屑厚度的关系,建立了其磨削力学模型.基于正交试验的方法,对该硬质合金刀具进行不同磨削参数的加工实验,并采用VHX-600超景深光学显微镜等观测仪器对刀具圆弧面的锯齿深度和表面粗糙度进行观测.结合圆弧刀刃的磨削力学模型和实验加工结果,并基于锯齿成型机理分析了不同磨削参数、刀片材料以及结构等对刀片圆弧的锯齿及粗糙度的影响规律.结果表明,提高砂轮转速、降低圆弧转动速度、减小磨削深度、控制刀片材料的质量、合理设计刀片结构可以提高刀片圆弧处的表面质量,提高刀具的耐用度.砂轮磨削圆弧转动速度为24 m/s、圆弧转动速度为8 °/s、磨削深度为0.05 mm时磨削效果较佳,可以获得较小的磨削力、锯齿深度及表面粗糙度.     

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.     

多丸片固着磨料研磨高精密光学元件的参数优化

为了增强固结磨料研磨去除的可控性和确定性,提高光学元件的研磨加工精度和效率,以高精度光学元件为研究对象,分析了行星转动加工方式的多丸片固结磨料研磨的去除特性及参数优化。首先基于Preston方程分析了在研磨接触区域的相对速度、接触时间,并在利用ANSYS求得应力分布规律的基础上建立了多丸片固结磨料研磨的材料去除函数模型;引入趋近因子概念,通过对比去除函数归一化图形,对6种抛光盘模型的运动偏心比和速度比参数进行了优化,获得了多丸片固结磨料抛光盘的最大去除深度和去除量。     

大理石磨削研究(Ⅱ) 大理石磨料磨削适应性研究

用端面飞铣法进行了不同磨料磨削大理石的试验。分析了它们在不同切深下的微破碎、破碎性能,以及磨耗磨损性能。计算了磨削比,测量了磨削法向力。综合评价了不同磨料磨削大理石的适应性。试验结果可供大理石厂选用磨具时参考。     

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.     

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.     

高速点磨削参数对温度场与表面硬度的影响

高速点磨削技术在装备制造业中已得到广泛的应用.通过考虑点磨削变量角α对于磨削加工中转移到工件表面热量流的影响,加载移动热源来模拟温度场分布和最高温度,并分析受此温度场影响的零件亚表面的厚度.设计正交试验进行高速点磨削加工,测量不同加工参数下得到的表面硬度,以此验证工件表面温度场仿真及得到磨削参数对于零件表面硬度影响的主次因素.结果表明,倾斜角α的引入降低了温升;切削深度则是导致磨削区域温度升高的主要因素;当工件表面的温升达到某一温度值时,会使零件的硬化层变质,破坏硬化效应.     

磁力研磨机理研究

磁力研磨是1种利用磁性磨料和磁场作用进行研磨加工的工艺方法.阐述了磁力研磨的特点,分析了研磨过程中材料的去除机理,研究了磁性磨料、磨粒的受力状况和磁力研磨的磨削原理.