硬脆材料超声振动磨削的试验研究

针对硬脆材料磨削效率低的难题,研究了硅片的超声振动磨削方法。进行了超声振动磨削与普通磨削的对比试验,研究了磨削参数变化对磨削力及表面粗糙度的影响,根据试验结果,分析了硬脆材料的脆性与塑性去除机理。研究证明:超声振动磨削硬脆材料虽然使粗糙度略有变大,但能够明显提高加工效率,降低加工成本。综合考虑精度与效率指标,超声振动磨削是一种实用的硬脆材料加工技术。     

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。     

超声振动辅助磨削脆性材料去除机理

脆性材料塑性去除有利于提高加工表面质量。采用切向、轴向和径向超声振动辅助磨削加工方法,对烧结钕铁硼NdFeB永磁材料去除机理进行了试验研究,结合脆性材料去除脆-塑性转变临界条件,分析了不同超声振动辅助方式对材料去除机理的影响。分析得出以下结论:轴向超声振动辅助磨削加工过程中,材料主要以塑性剪切的方式去除;切向超声振动辅助磨削加工过程中,材料主要以塑性方式去除,同时伴有少量沿晶断裂;径向超声振动辅助磨削加工过程中,工件材料主要以断裂破碎的方式去除,而且加工表面残留裂纹。因而,轴向超声振动辅助磨削最有利于实现脆性材料塑性去除。     

纳米ZrO2增韧Al2O3复合陶瓷的超声磨削性能

采用树脂结合剂的金刚石砂轮,对纳米氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷(纳米ZTA陶瓷)与普通纯Al2O3陶瓷进行了超声磨削对比试验,对磨削加工表面显微形貌进行了SEM观察,探讨了该材料超声磨削加工机理及主要磨削参数对磨削力的影响。研究结果表明:对纳米ZTA陶瓷采用超声振动磨削可以获得较高的表面质量和加工效率,因而是比较理想的加工方式。     

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers, TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明：由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9 000 r/min,进给速度v_f=8 mm/min,加工深度a_p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。     

超高精度大直径硅片表面超声浮动抛光

为了提高大直径硅片表面质量,利用超声浮动抛光加工宏观磨削力、磨削应力、磨削热小,对加工材料表面损伤低的特点,再结合相关磨料对超高精度大直径硅片表面进行超声浮动抛光加工.在工作机理研究的基础上,对大直径硅片超声浮动抛光加工进行了实验研究,优化了其工作参数,获得了满意的效果,为该技术的实际应用奠定了理论与实验基础.     

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ANSYS的石英玻璃超声振动辅助微磨削温度场研究

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。     

硬脆材料超声辅助复合加工机床及其工艺研究

针对硬脆材料硬度高、脆性大、可加工性能差,采用普通加工方法难以进行复杂曲面加工的问题,提出了一种新型的复合加工机床结构,具有五轴铣削、超声辅助磨削和电火花加工等复合加工能力.提出了非接触式旋转超声辅助磨削加工方式并对原型装置进行开发,利用电磁转换式供电方法,实现超声电源和振动系统间的非接触供电,并对相关参数进行了设计.开发了基于复合加工的开放式数控系统,实现了放电粗加工、旋转超声辅助磨削加工和脉冲放电加工方法的集中控制、协调和融合.最后通过实验验证了机床的复合加工能力,证明了硬脆材料复杂形面的超声辅助加工能力.     

纳米复相陶瓷超声振动磨削表面微观特性

基于磨削表面几何和物理微观特性,对Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷二维超声振动磨削表面变质层进行了研究.AFM观测表明,二维超声振动磨削表层是以晶粒碎化的材料粉末化、少量的材料压碎和颗粒的脱落为主的塑性变形层,其表面粗糙度低于普通磨削表面粗糙度30%~40%.磨削表层和基体之间过渡层的X射线衍射峰具有半峰宽化现象,过渡层是以晶格畸变为主的塑性变形层,磨削表面无非晶相产生;在一定的磨削条件下,陶瓷材料纳米增韧改性和二维超声振动磨削技术相结合,可实现以非弹性变形为主要去除机理的超精密磨削表面.     

二维超声磨削纳米陶瓷表面微观不平度分析

介绍了一种新型二维超声磨削方法及其磨削系统的加工特性,并以表面微观不平度分析了二维超声磨削方法对纳米氧化锆陶瓷磨削的优越性.进行了不同磨削参数下纳米氧化锆陶瓷的普通磨削和二维超声磨削对比试验,讨论了二维超声磨削纳米氧化锆陶瓷过程中影响其加工表面微观不平度的主要因素及其影响规律.结果表明:采用二维超声磨削纳米氧化锆陶瓷可获得较好的 加工表面,且其磨削过程不易堵塞砂轮;选用合适的加工参数,可获得纳米级超光滑加工表面.     

超精密非球面磨削加工微振动试验系统研究

分析超精密磨削加工中砂轮微小振动对工件表面质量的影响,建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型,设计相应的超精密磨削加工微振动试验系统,用以模拟磨削过程中砂轮径向、横向的微小振动和摆动.结果表明:合理选择砂轮振动频率或工件主轴转速能有效提高工件表面精度,降低表面波纹度.     

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.     

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.     

缓进给强力磨削深沟槽表面二维残余应力的试验研究

应用电阻应变计法研究了缓进给强力磨削产生的深沟槽侧面的表面残余应力,结果表明,磨削加工后的表面残余应力随加工条件变化而变化的,最大的残余压应力出现在最表面上,该最大表面应力随砂轮转速或工件进给速度增加而减小,随磨削深度或磨削宽度减小而增大,工艺参数增大时残余应力层的厚度增加,在缓进给磨削加工中采用低砂轮转速,低工件进给速度、小磨削深度或小磨削宽度是有利的。最后,必须用一个特殊的喷嘴采用增大压力的冷却液清洗砂轮端面。     

导轨磨床加工工件表面波度成因的探索

本文以磨削加工过程的动态数学模型为基础,就外界干扰所引起的强迫振动以及内在反馈作用下产生的自激振动,对磨削加工后工件表面波纹度的决定性影响,进行了深入的研究。从而探索了由工件加工质量分析机床设备是否异常的方法,解决了实际中的问题,提出了降低和消除磨削波纹度的方向和措施。     

旋转超声加工技术研究进展

旋转超声加工是集传统超声加工与磨料磨削加工为一体的复合加工,是硬脆性材料加工的一种有效方法,具有良好的应用前景。该文综述了旋转超声波加工技术发展历程,概述了当前具有代表性的旋转超声加工机床的主要技术特征,概括旋转超声加工在机理分析和模型建立上的发展,重点介绍了旋转超声波加工技术在钻削、铣削和磨削等方面的应用,最后结合作者近几年的研究成果,提出旋转超声加工技术在机床研制、理论研究、工具制备和实验加工等方面研究的趋势。     

用正交设计进行磨削力试验

磨削加工中伴随产生许多效应,其中力效应是最重要的,它直接影响磨削时的热效应、已磨表面的尺寸、形状精度、表面光洁度以及磨削动力、砂轮磨损、自激振动等。长期来人们对磨削力作了大量的研究。但由于磨削加工是大量随机分布在砂轮工作表面的磨粒抓削金属的过程,影响因素很多,较其它切削加工复杂得多。目前,理论研究仅能定性地解释磨削过程的一些现象或预示其趋势。定量地预测磨削结果还得借助于试验研究。     

超高速磨削技术在机械制造领域中的应用

概述了超高速磨削加工的起源、发展历程和现状·总结了超高速磨削的优越性和若干特点·介绍了高效深磨、超高速精密磨削、难磨材料的超高速磨削在机械制造领域的应用和超高速磨削的绿色加工特性·高速和超高速磨削是提高磨削效率、降低工件表面粗糙度和提高零件加工质量的先进加工技术·超高速磨削能越过磨削"热沟",减少传入工件的磨削热,从而避免或减少工件表面磨削"烧伤",产生残余压应力的加工表面·超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工,对高塑性、高强度等难加工材料也有良好的磨削性能·     

砂轮约束磨粒喷射加工表面残余应力及摩擦特性

针对磨削后工件表面出现缺陷问题,提出砂轮约束磨粒喷射光整加工方法(AJF).试验在M7120平面磨床上完成,加工试样为Sa=0.6μm左右的45钢.工件表面残余应力用TW3040-60 X射线衍射仪测量;利用MG-2000型销盘式摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:随着加工时间的增加,磨削表面的残余拉应力逐渐变成压应力,加工时间对残余应力有显著影响.Sa值由0.626μm下降到0.2μm左右.光整加工后表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面硬度随加工时间的延长逐渐提高,这与工件表面残余应力的变化一致.