GCr15轴承钢超高速磨削表面粗糙度与烧伤试验分析

为了探究超高速磨削条件下GCr15轴承钢表面粗糙度与烧伤的关系,进行了不同砂轮速度、工件速度下GCr15轴承钢超高速正交磨削试验,并测量了表面粗糙度,试验结果表明:GCr15轴承钢加工表面都出现了不同程度的烧伤,当砂轮速度为150~160m/s,工件速度为3~5m/min时烧伤最为严重。且在一定范围内,砂轮速度增大、工件速度增大都会造成粗糙度增加。通过烧伤表面三维形貌分析,揭示了烧伤会增加工件表面粗糙度的原理,并分析出了合适的磨削加工参数,为超高速磨削GCr15轴承钢时避免发生磨削表面烧伤提供了参考依据。     

CBN砂轮磨肖IjSKH模具钢纳米缀表面的研究

本研究以不同系列SKH模具钢材作前置加工,再用精密砂轮磨削达Ra=10～15μm预留为微细加工部分,然后又以CBN砂轮精密研磨模具钢表面。探讨不同主轴转速、进给率及工件硬度之一些加工机制,包括CBN砂轮特性,磨削力、工件表面粗糙度及磨痕显微相片等变化。结果显示在较低硬度SKH51模具钢磨削时提高转速时明显改善表面粗糙度,但是对较高硬度SKH59模具钢磨削时转速的影响较不显著。此外,当较低磨削速度时,磨削力变化很大,造成工件表面粗糙质量变化相当显著。但当较高磨削速度时,磨削力变化几乎维持原水平,导致工件表面粗糙度质量改善趋于缓和,无法再进一步得到较精致表面粗糙度。     

微小振动影响超精密非球面加工精度的研究

超精密磨削已广泛应用于轴对称非球面光学元件及硬脆材料的加工，加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的振动直接影响工件表面精度及粗糙度。为了适应非球面工件超精密加工的要求，本文通过分析加工过程中产生的振动现象，建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型，研究主轴转速变化及磨削加工参数对工件表面精度的影响；通过建立工件与砂轮之间的运动关系，得出砂轮的振幅、频率及加工速度的变化对工件表面精度的影响条件。研究结果表明：选择合理的加工参数能降低工件表面波纹度，提高工件的表面精度。     

单晶铜纳米加工过程中热效应及缺陷结构的原子尺度模拟(英文)

基于建立的新型三维仿真模型,采用分子动力学方法模拟单晶铜(100)表面纳米加工过程,研究材料的去除机理和纳米加工过程中系统的温度分布与演化规律。仿真结果表明:系统的温度分布呈同心型,切屑温度最高,并且在金刚石刀具中存在较大的温度梯度。采用中心对称参数法区分工件中材料缺陷结构的形成与扩展。位错和点缺陷是纳米加工过程中工件内部的主要缺陷结构。工件中的残余缺陷结构对于工件材料的物理属性和已加工表面质量具有重要影响。位错的成核与扩展、缺陷结构的类型均与纳米加工过程中系统的温度有关。加工区域温度升高有利于位错从工件表面释放,使工件内部位错结构进一步分解为点缺陷。采用相对高的加工速度时,工件中残留缺陷结构较少,有利于获得高质量的加工表面。     

超声振动辅助缓进给磨削温度场仿真与试验分析

目的通过对比研究磨削过程中超声振动辅助缓进给磨削工件表面的温度变化,验证超声振动对磨削热的影响,为进一步研究磨削机理提供依据。方法基于磨削温度场解析模型,建立了磨削热源平均强度。运用ANSYS软件热分析模块分别对普通缓进给磨削和超声辅助缓进给磨削进行了工件表面温度场仿真,得到了不同载荷步的温度场分布以及工件表面的温度时间变化曲线,较准确地反映了磨削工件时工件表面的温度变化。结果试验和模拟表明,缓进给磨削工件时,工件表面温度较高,对工件施加超声振动后,能够有效降低磨削力,减少磨削过程中产生的热量,降低工件表面温度20%左右。结论超声振动辅助磨削工件时,由于工件高频振动导致磨粒与工件间断性接触,使磨削过程变为有规律的脉冲状断续磨削,有利于工件散热,降低了磨削温度,为避免缓进给磨削时容易出现的磨削烧伤现象提供了技术支持。     

非圆截面工件表面的高速精密磨削

针对非圆工件表面的高速精密加工这一问题，设计集成一套磨床数控系统并改造一台数控实验磨床，利用数字PID原理对此系统的动、稳态性能进行控制调节。研究PMAC的时间基数控制法，结合直线电机的微量往复进给运动和电主轴单元的高速性能，来实现非圆工件的磨削加工。通过对椭圆形工件的磨削实验研究，为非圆零件的高效精密磨削提供了好的解决方案。     

纳米切削初始温度对单晶铜微观结构的影响

纳米切削会造成工件的内部微观缺陷,这种缺陷会引起残余应力的变化进而影响工件的表面质量,而这种缺陷结构与切削层初始温度有密切联系。为降低工件纳米切削加工制造中的缺陷,采用分子动力学的方法,构建了含有切削层的单晶铜纳米切削模型。首先,通过分析工件结构体积及微观缺陷的变化确定了切削层的适用初始温度;其次,分析了切削层初始温度对切削力的影响,并在不同初始温度和切削力作用下对单晶铜位错和晶格等微观结构的变化进行了分析;最后,通过实验对仿真结果进行了间接验证。结果表明：单晶铜切削层初始温度的可选范围为293~400 K;在此范围内,随着切削层初始温度的升高,切削力大小变化显著,但波动平稳,晶格结构的转变速度也随之增快;当切削层初始温度设为360~390 K范围内时,单晶铜工件的表层微观缺陷相对较少,由此可预测单晶铜工件在此初始温度范围内加工得到的表面质量较高。     

二维超声振动磨削纳米复相陶瓷的表面粗糙度研究

本文对纳米复相陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削的对比试验，研究了超声振动磨削对工件表面质量的影响，分析了不同的加工工艺参数及振动参数对加工工件表面粗糙度的影响，实验结果表明，在同样的切深条件下，超声振动磨削表面的沟槽浅而宽，可以得到比普通磨削加工粗糙度较小的加工表面，且在超声振动中砂轮作高频振动，砂轮不易堵塞，利于使用细粒度砂轮磨削；工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大，其值随着工件速度的增加而增大。二维超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量，并能有效地避免普通磨削下微裂纹的产生，因此它是磨削陶瓷的一种精密加工方法。     

DD9镍基单晶高温合金的缓进给磨削烧伤实验

针对第三代单晶高温合金DD9磨削烧伤问题，设计三因素五水平实验，从表面形貌、显微硬度和显微组织等角度出发，研究磨削工艺参数对烧伤的影响规律。结果表明：当工件进给速度小于等于250 mm/min时，磨削表面粗糙度Ra在0.8μm左右小幅度变化，表面质量较好；当工件进给速度大于250 mm/min，磨削深度超过1.0 mm后，磨削区域温度急剧上升，磨削纹路被破坏，出现涂覆、凹坑等磨削缺陷，工件表面发生烧伤；DD9合金缓进给磨削工件表面及表层均表现为加工硬化，显微硬度为400～600 HV，硬化层深度在50～110μm，塑性变形层厚度为1～10μm。推荐的DD9磨削工艺参数组合为：砂轮线速度vs=20 m/s，进给速度vw=250 mm/min，磨削深度ap=0.6 mm。     

铸铁砂轮电解氧化膜在ELID镜面磨削中的作用机理研究

ＥＬＩＤ镜面磨削所用的铸铁结合剂微细超硬磨料砂轮采用电解修整磨削技术时，砂轮表面产生的氧化膜的生成速度、厚度、硬度、致密性与砂轮的附着力等特性，在ＥＬＩＤ精密、超精密镜面磨削中起着极重要的作用。本文对不同的工件材料的镜面磨削中氧化膜的特性及作用进行了研究。     

超高速点磨削力数学模型的建立与仿真

结合超高速点磨削的特点,将磨粒简化为圆锥形,建立了超高速点磨削力数学模型.通过对磨削力的Matlab仿真,分析了磨削参数和点磨削变量角α和β对磨削力的影响.结果表明:点磨削力随着砂轮线速度的增加而减小,随工件速度、磨削深度、纵向进给速度的增加而增大.点磨削力随磨削变量角α和β的增大而降低,其中,β对降低磨削力的贡献要大...     

铜/铝磁脉冲半固态辅助钎焊界面扩散过程

结合分子动力学模拟和试验研究,对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究.结果表明,在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散,且各元素的扩散行为不均匀,铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度;铜侧界面在模拟设置的冲击速度下,扩散层很薄且厚度变化并不明显.测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现,随着冲击速度增加,模拟的扩散层厚度呈线性增加,与试验结果相符.根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下,模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系,模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度,最大误差为2.8%.     

200m/s电镀CBN超高速砂轮的设计与制造

超高速砂轮的设计对其应用效果产生重要影响。本文在系统分析超高速砂轮设计理论的基础上,设计和制造了以２００ｍ／ｓ为目标的超高速砂工进行了性能测试。     

镍基高温合金高速超高速磨削成屑过程的三维仿真研究

建立单颗磨粒磨削GH4169镍基高温合金的三维有限元仿真模型,研究高速、超高速磨削条件下的磨屑形貌演化过程及磨削力变化规律,观察磨削区域内的应力应变、温度等物理参量的分布和变化,分析磨削速度和单颗磨粒切厚对磨屑形貌、成屑频率及沟槽隆起特征的影响。结果表明:高速、超高速磨削镍基高温合金时,易出现锯齿形磨屑;磨削力呈周期性变化,其周期与磨屑形成过程对应;磨削过程中的温度、应变以及应变率主要集中在剪切带区域,而应力则集中在剪切带的两侧。随磨削速度增大,磨屑锯齿间间距变小,锯齿化程度增强,成屑频率呈线性增大趋势,沟痕隆起比升高。此外,单颗磨粒磨削GH4169的临界成屑切厚约为0.3 μm,当切厚为0.8 μm时有锯齿形磨屑出现,且随单颗磨粒切厚增大,锯齿化程度增强,但成屑频率降低。      

磨削速度和压力对单晶硅去除特性的影响

为研究单晶硅磨削损伤,使用金刚石磨块在不同磨削速度和压力下对单晶硅表面进行高速划擦试验,金刚石的粒度尺寸为38~45 μm。通过测量硅片表面粗糙度、亚表面损伤深度和材料去除率,研究磨块的磨削速度和压力对材料去除特性的影响规律。结果表明:相同压力时,材料去除率随磨削速度增加呈先增大后减小的趋势,亚表面损伤深度逐渐变小;随法向压力增大,亚表面损伤深度变化不明显;在5N压力下,表面粗糙度值R_a变化明显,由6.4 μm减小到3.2 μm;而10 N压力下,R_a无明显变化。      

纳米结构陶瓷涂层精密磨削的材料去除机理及磨削加工技术

随着纳米结构陶瓷涂层的开发和应用，其后续精密加工技术已受到人们的关注。纳米结构陶瓷涂层的高硬度和高耐磨性使其成为难加工材料，采用金刚石磨料磨削加工有可能成为其最主要的加工方法。本文首先讨论了纳米结构陶瓷涂层精密磨削的非弹性变形和脆性去除的材料去除机理，然后对可用来加工纳米结构陶瓷涂层的超精密金刚石砂轮磨削、ELID磨削、延性域磨削、超高速磨削、精细磨削等磨削加工技术进行了分析，分析了它们的材料去除机理和技术特点。在此基础上，本文指出了相关的有待进一步研究的课题。     

PCB数控钻床多体系统动力学的建模与仿真

实现高速高精度的微细孔及其深孔加工是PCB数控钻床发展的主攻目标,国内现有PCB数控钻床应加强对高速条件下钻床机械动态特性的控制,以满足高速和高精度条件下微细孔及其深孔加工要求.文中从机械多体系统动力学仿真的角度,研究了SKZ4A型PCB数控钻床的机械动态特性.论文给出SKZ4A型高速PCB数控钻床多体系统动力学的建模方法,实现其机械系统动力学性能的模拟和仿真分析,有效地改善了机床在高速条件下的机械动态性能,提高了SKZ4A型PCB数控钻床在高速和高精度条件下的微细孔机械加工能力.     

单晶材料纳米加工的分子动力学模拟研究进展

分子动力学模拟技术是纳米加工研究的重要方法之一。本文概述了经典分子动力学模拟的基本原理和方法,并结合分子动力学模拟的发展历程,从单晶材料纳米加工的物相转变、结构及热力学特性、介质的影响以及加工后亚表面变形层特性这5个方面,综述了分子动力学模拟在单晶材料纳米加工研究中的应用,最后分析了单晶材料分子动力学模拟中存在的一些问题及需要关注的方向。      

6061铝合金灯具散热底座芯轴挤压成形研究

为了满足6061铝合金LED灯具散热底座芯轴精密制坯要求,根据零件的形状结构特点,制定了复合挤压成形工艺方案;并利用DEFORM-3D有限元分析软件,分别对不同铝坯规格和挤压成形速度下的挤压工艺进行了模拟仿真计算,研究分析了各种方案模拟结果的行程-载荷曲线及金属流线分布。最终确定相对较优的制坯规格尺寸为Φ56 mm×43 mm,挤压速度为30 mm·s^-1。然后进行了设备调试及生产验证。实践表明,挤压成形件与模拟结果基本吻合,产品质量合格、稳定,性能得到提高;与原切削加工方法相比,节省原材料66%。