多颗粒金刚石小砂轮的耗损规律研究

多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削能实现工程陶瓷等硬脆材料的高效加工,横向裂纹和中位裂纹的扩展均产生材料的去除.通过对多颗粒金刚石小砂轮结构和实验方案设计,能更好地研究端面边缘金刚石对陶瓷加工过程的影响及金刚石的磨损规律.还利用边缘检测和轮廓曲线拟合的方法来实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径变化来研究金刚石颗粒的耗损规律,实验结果证明:磨粒顶锥角越大,金刚石磨粒磨削行程越长;材料磨削深度与进给速度两加工参数越大,磨削力和磨削温度越高,金刚石颗粒磨削行程越短.     

单颗金刚石磨粒划擦20CrMnTi材料的划擦力研究

利用单颗金刚石磨粒划擦20Cr Mn Ti齿条试件试验来模拟成形磨削砂粒的磨削过程,采集了划擦过程中的划擦力,分析了划擦法向力和切向力信号的变化趋势,改变划擦深度与进给速度,探讨划擦深度与进给速度对划擦力的影响,研究不同磨粒粒度下的划擦力变化。结果表明:单颗金刚石磨粒划擦20Cr Mn Ti试件时的划擦法向力为驼峰形,而切向力波动更频繁;单颗磨粒的滑擦力随着滑擦深度、进给速度的增大而单调递增;相同条件下磨粒受到的划擦力随着磨料粒度号的增大而减小。     

碳化硅陶瓷超声振动辅助磨削材料去除特性研究

为揭示碳化硅陶瓷超声振动辅助磨削材料去除特性,开展了光滑粒子流体动力学(SPH)单颗金刚石磨粒划擦仿真模拟,同时构建了超声振动划擦试验台,进行了单点金刚石超声振动划擦试验研究。结果发现:超声振动划擦中,材料去除根据切深的不同分为断续切削模式及连续切削模式;无超声作用划擦中的材料仅存在连续切削去除模式;超声振动作用的碳化硅陶瓷延性-脆性转移深度大于无超声作用下的延性-脆性转移深度。此外,通过碳化硅陶瓷超声内圆磨削试验结果同样发现超声振动作用下的延性-脆性转移深度变大,说明超声振动辅助磨削更容易实现延性域磨削。     

运用LS-DYNA的轴向缓进给磨削工程陶瓷的有限元仿真

介绍了轴向缓进给磨削加工原理,建立了单颗金刚石磨粒磨削工程陶瓷的仿真模型,并就磨削力在X、Y、Z向上的分力对仿真结果的影响进行分析。最后通过对不同磨削条件下的单颗金刚石磨粒的磨削过程进行仿真,研究了砂轮转速、砂轮轴向进给速度、工件转速,以及磨粒锥角对磨削力的影响。     

钎焊金刚石砂轮高速磨削氧化铝的磨削比能研究

采用自制的钎焊金刚石砂轮对氧化铝陶瓷进行高速磨削试验研究,重点探讨不同磨削参数对磨削比能的影响。结果表明:磨削比能随砂轮线速度的增大而增大,而随磨削深度、工件速度和材料去除率的增大而减小;磨削比能与单颗磨粒最大切削厚度有直接的关系;在磨削过程中,大部分磨削能量消耗于金刚石磨粒对陶瓷工件的滑擦与塑性耕犁。     

金刚石砂轮V形尖端切向磨削修整试验研究

针对超硬模具微结构磨削过程中金刚石砂轮V形尖端几何精度难以保证以及修整困难等问题,提出碳化硅修整轮切向磨削修整方法,采用不同修整参数对树脂结合剂和金属结合剂金刚石砂轮V形尖端进行修整试验,并采用修整后的金刚石砂轮进行了微结构阵列磨削试验。结果表明:在一定的修整参数下,树脂结合剂和金属结合剂金刚石砂轮的尖端圆弧半径分别达到3.5μm和2.0μm;两种砂轮尖端圆弧半径随着修整轮进给速度、修整深度的增加而增大,随着金刚石砂轮转速和修整轮粒度号的增加而减小;金属结合剂金刚石砂轮修整效率较低,修整后的尖端圆弧半径较小。微结构阵列磨削结果表明,修整后的两种金刚石砂轮能够满足微结构加工,而且发现树脂结合剂金刚石砂轮加工的微结构表面质量较好,更易于实现延性域磨削。     

单颗金刚石磨粒磨削玻璃的磨削力研究

选取三种典型形状的金刚石磨粒对玻璃进行了单颗磨粒磨削实验,测量了磨削力,分析了磨削参数及磨粒切入锥角对磨削力的影响。结果表明:磨削力曲线不沿磨痕呈对称分布,法向力出现明显波动;顺磨与逆磨对磨削力没有明显影响。磨削力随着磨削深度的增大而增大,随磨削速度的减小而增大;随着磨粒切入锥角的增大,磨削力明显增大。相同切削速度下,磨削力与相应磨粒的侧面耕犁面积呈良好的线性关系。不同磨粒的法向力与切向力有着良好的线性关系。     

基于图像处理的单颗粒金刚石曲率半径测定方法研究


采用优质天然金刚石对研、精磨和钎焊工艺制备单颗粒金刚石磨具,用于研究陶瓷等硬脆材料磨削去除、砂轮磨粒磨损及工件表面损伤形成机理。通过扫描电镜获取金刚石磨粒尖端图像,运用灰质化、直方图均衡化、中值滤波、二值化分割及Canny算子预处理并提取磨粒尖端轮廓边缘。在Photoshop软件中测量图像标尺占据的横向像素数目,绘制不同尺寸的圆形与磨粒尖端轮廓线条内切,多次操作后选择最大内切圆。统计该内切圆半径对应的像素个数,利用代数学基本原理即可求出最大内切圆半径。该方法不依赖专用的小曲率半径精密测量设备,具有较高测量精度与可操作性。
     

不同圆角半径金刚石划擦单晶SiC过程中的材料去除机理研究

以单晶碳化硅(Si C)作为加工对象,通过不同尖端圆角半径的圆锥型金刚石磨粒划擦试验观察了单晶Si C的去除过程,并采用FEM与SPH耦合算法模拟仿真了三种不同尖端圆角半径的单颗磨粒划擦Si C过程中的材料去除过程,试验结果与模拟结果基本一致。在此基础上,采用仿真手段从最大等效应力和接触力的角度分析了三种不同尖端圆角半径对单晶碳化硅材料脆塑转变过程材料去除机理的影响。仿真结果表明:随着尖端圆角半径的增加,弹塑性变形-塑脆临界的转变点趋近于0.14μm,而且纯粹的塑性变形模式逐渐消失;脆塑临界去除模式所占的区域逐渐变长,由脆塑临界-脆性去除的转变点的深度也在不断变深;脆塑转变过程中的微裂纹的长度及粗细程度逐渐增加,材料破坏的形式也逐渐升级。     

多颗粒金刚石小砂轮磨削仿真及实验

建立了多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削工程陶瓷的磨粒运动轨迹模型,通过改变砂轮转速、陶瓷件转速、轴向进给速度,揭示加工参数变化和磨粒运动规律的关系。通过不同加工参数下实际的陶瓷加工实验,分析了进给速度对边缘碎裂、磨削力、金刚石磨粒耗损的影响规律,得到的实验分析结果和仿真结果一致。实验运用了合适的实验方案和测力系统,并利用边缘检测和轮廓曲线拟合的方法实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径变化来定性分析金刚石磨粒的磨损情况。研究结果为如何利用合理的进给速度控制陶瓷材料的边缘碎裂,减少工件和砂轮磨具的损伤提供了借鉴。