HIPSN陶瓷磨削力试验研究与仿真

为探索金刚石砂轮磨削HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷时,磨削工艺参数对法向、切向磨削力的影响情况。设计正交试验重点研究磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度等磨削工艺参数对法向、切向磨削力的影响规律,同时基于ABAQUS建立单颗金刚石磨粒切削HIPSN陶瓷有限元仿真模型,将试验结果与仿真结果进行对比。结果表明,提高砂轮线速度、减小磨削深度、降低工件进给速度,法向、切向磨削力均减小。磨削力比在(8～15)之间。试验结果与仿真输出结果基本一致,验证了该仿真模型的正确性。     

金属陶瓷材料高速超高速磨削性能试验研究

通过考察工艺参数(砂轮线速度、工作台速度和磨削深度)对磨削力、表面粗糙度及工件表面微观形貌的影响及最大未变形切屑厚度与比磨削能的关系,探讨了金属陶瓷材料的高速超高速磨削性能,即提高砂轮线速度,可使磨削力、表面粗糙度值大幅减小,材料塑性去除趋势增强;提高磨削深度和工作台速度将使磨削力和表面粗糙度值变大,材料脆性断裂去除趋势增强;提高砂轮线速度,可使最大未变形切屑厚度减小,比磨削能增大;提高磨削深度和工作台速度将使最大未变形切屑厚度变大,比磨削能减小。试验结果表明高速超高速磨削技术能够降低金属陶瓷材料出现崩边和裂纹现象的几率,并实现高效精密加工。     

工程陶瓷材料高效深磨的试验研究

针对如何提高工程陶瓷加工效率,改善陶瓷零件的表面质量这一问题,对氧化锆、氮化硅和氧化铝三种陶瓷材料进行高效深磨的试验研究.单位砂轮宽度磨除率达120mm3/(mm·s),最大磨削深度为6mm.在此试验的基础上,对不同砂轮线速度、磨削深度和工件进给速度对陶瓷材料的磨削表面状况、磨削力、比磨削能和去除方式的影响进行研究.结果表明:随着砂轮线速度增加,磨削深度减小,将导致最大未变形切削厚度减小,单位面积磨削力减小,比磨削能增加,磨削表面的塑性痕迹增加,脆性断裂痕迹减少.在陶瓷材料的高速超高速磨削中采用较大切深,能提高磨削效率且表面质量变化不大.     

氧化锆陶瓷磨削表面质量仿真与实验研究

研究高速磨削条件下砂轮线速度、切削深度等工艺参数对氧化锆陶瓷工件加工表面质量的影响。通过对单颗磨粒切削氧化锆陶瓷试件过程进行仿真,确定磨粒切削深度与切削速度对磨削力和磨削表面形貌的影响。同时,采用金刚石砂轮对氧化锆陶瓷进行平面磨削实验,获取磨削力和表面形貌等实验数据,对仿真结果进行实验验证。随着切削深度从2μm增大到8μm,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;当切削深度保持在2μm时,砂轮线速度对工件表面形貌影响不大;当切削深度加大到4μm以上时,提高砂轮线速度可以有效减轻磨削表面的破碎损伤。     

硬质合金YG8高速磨削工艺试验研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮,对硬质合金YG8进行了高速磨削工艺试验研究,测得了不同砂轮线速度、磨削深度和工作台速度条件下的磨削力和表面粗糙度,并对磨削的表面形貌进行了观测,揭示了硬质合金YG8高速磨削的材料去除机理。试验结果表明:将高速磨削技术应用于硬质合金材料的加工是一种切实可行的加工方法,能得到较好的表面质量并提高加工效率。随着砂轮线速度的增加,或者工作台速度和磨削深度的减小,磨削的最大未变形切屑厚度减小,磨削力减小,材料的比磨削能增加,使得工件的加工表面质量得到改善。     

氮化硅陶瓷磨削温度与表面裂纹扩展研究

工程陶瓷零件的亚表面损伤严重影响其可靠性和使用寿命,因此探究了磨削温度对氮化硅陶瓷表面裂纹扩展的影响。首先,通过K型热电偶测温技术获得磨削参数与磨削温度的关系;其次,通过陶瓷片磨削试验获得陶瓷内部亚表面裂纹扩展情况;最后,得出磨削温度对裂纹扩展的改善机制。试验结果表明,随着磨削速度、磨削深度的增加,磨削温度增大;随着进给速度的增加,磨削温度减小。纵向裂纹在陶瓷内部扩展时会产生与原纵向裂纹扩展方向相同或者相近的新纵向裂纹,新纵向裂纹的路径在残余热应力的作用下会改变方向,出现横向裂纹,当新横向裂纹与原横向裂纹扩展路径相交后,会引起陶瓷表面的断裂和剥落。当磨削温度由456℃增加到1 035℃时,裂纹扩展深度先由8.1μm减小到3.8μm后,再增大到19.2μm,在603～732℃时,裂纹扩展深度较小,为3.8～5.6μm。研究表明适当的磨削温度对陶瓷亚表面裂纹扩展有抑制作用。     

超硬涂层磨削工艺实验研究

针对核主泵关键部件材料镍基碳化钨涂层,采用三种磨粒粒度金刚石砂轮进行平面磨削试验,研究工艺参数、磨粒粒度对涂层材料磨削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响规律。实验结果表明:不同粒度砂轮磨削时,随着磨削深度和工件进给速度增加,法向磨削力和切向磨削力均逐渐增大,表面粗糙度值呈现先增大、后减小再增大的趋势,平行和垂直磨削方向的表面残余压应力逐渐增大,且垂直磨削方向应力值更大。综合考虑磨削力、表面粗糙度、磨削表面残余应力和磨削加工效率,600目砂轮具有较好的加工效果,其对应的优化磨削参数为:磨削深度为10μm,工件进给速度为8 m/min。     

碳化硅高速磨削表面完整性研究

针对碳化硅的应用日益扩大,但它质地硬脆,高效率高质量加工总遇到障碍的情况,采用高速磨削工艺,研究了砂轮速度对磨削力和材料去除率的演变规律,开展了磨屑形态、磨削表面和亚表面形貌观察,及表面粗糙度、残余应力等一系列试验。结果表明:高速磨削能降低磨削力和磨削热,减小磨削损伤层,成比例提高砂轮速度和工件速度能增进表面完整性和提升加工效率。基于磨削层表面粗糙度和深度残余应力的检测,表明:在碳化硅高速磨削中,存在脆-延性去除机理的转化过程;高速磨削有望成为高效率高质量磨削工程陶瓷碳化硅的一条有效途径。     

AISI 1045钢窄深槽磨削表面完整性试验研究

采用直径为180mm单层电镀CBN砂轮在不同磨削参数下对AISI 1045钢进行高速缓进给窄深槽磨削试验,通过三维表面轮廓仪(SM-100)、维氏硬度计(HMV-G21ST)和金相显微镜(MM-4XCC)检测窄深槽侧面形貌、表面粗糙度、槽底硬度及金相组织等表面参数,分析了砂轮线速度、工件进给速度和窄深槽深度等磨削参数对表面完整性的影响.试验结果表明:随着工件进给速度的增大和窄深槽深度的增加,槽侧面粗糙度值增加,表面质量变差,且槽底硬度增大;砂轮线速度的增加有助于降低表面粗糙度值,提高表面质量;工件切入端与切出端,槽侧面磨痕较深,表面质量较差,中间区域具有较好的表面质量,同时由于温度的影响,与中间区域相比,切入端与切出端槽底硬度较低;槽底表面未出现组织转变,槽底亚表层发生塑性变形,晶粒细化且分布较为集中.     

陶瓷CBN砂轮磨削镍基铸造高温合金K418磨削力研究

系统开展了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削K418的试验研究,测试了不同砂轮线速度、工件进给速度及切深条件下的磨削力。通过对试验数据的分析处理,得到上述3个工艺参数对磨削力、力比及磨削比能的影响规律。并拟合出了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削基铸造高温合金K418时磨削力的经验公式,该公式估算误差低于10%。磨削力和力比均随着工件进给速度、切深和当量磨削厚度的增大而增大,随砂轮线速度的减小而增大。随着当量磨削厚度的不断增加,磨削比能呈下降趋势。     

HIPSN轴承套圈内表面磨削力的测试与分析

采用树脂结合剂金刚石砂轮对热等静压氮化硅(HIPSN)陶瓷轴承套圈的内表面磨削,通过磨削力的测定以及磨削力比和比磨削能的计算,分析陶瓷材料的去除机理.该试验中陶瓷材料的去除机理以脆性去除为主并伴随有塑性去除;减小径向进给速度、提高工件转速可以增加切向磨削力,增加塑性去除,改善磨削表面质量.     

不锈钢超高速磨削试验研究

为避免不锈钢磨削中发生砂轮堵塞,减轻磨削烧伤的程度,提高加工效率,优化加工工艺,对不锈钢进行超高速磨削试验研究。在高速/超高速磨削条件下,研究了不同砂轮线速度、工件进给速度和进给量对不锈钢磨削的磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响作用,并检测了不同工况下的砂轮表面状态。研究结果表明,不锈钢在超高速磨削状态下,选择合理的工作台速度和磨削深度能有效提高加工效率,同时又能保证磨削质量。
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石英玻璃的单颗磨粒划擦应力场解析模型及损伤可控磨削机理研究

构建了单颗磨粒划擦各向同性硬脆材料的弹性应力场解析模型,并以此为基础提出单颗磨粒划擦各向同性硬脆材料表面的裂纹失稳扩展临界函数,临界函数包含原始表面应变速率、磨削液等因素对裂纹扩展造成的影响。将石英玻璃作为研究对象,深入分析了表面微裂纹损伤的可控磨削机理。在进行石英玻璃的磨削试验中,材料的磨削机理随单颗磨粒磨削深度的增加而变化,依次是塑性域去除、低载半脆性域去除、全脆性域去除和高载半脆性域去除。在1 mm/min的工件进给速度下,可以对石英玻璃进行塑性域磨削,从而获得无裂纹损伤的光滑磨削表面,然而其磨削效率较低,在实际生产中不能发挥理想的作用。对石英玻璃开展全脆性域磨削时,材料去除率较高、加工表面表面质量好、微裂纹损伤深度较小,砂轮自锐性良好,是一种优良的精密磨削工艺。     

高速电主轴用陶瓷轴承套圈内表面磨削试验研究

采用金刚石砂轮对热等静压氮化硅(HIPSN)陶瓷轴承套圈进行精密磨削试验,通过磨削表面粗糙度和扫描电子显微镜(SEM)照片,分析不同磨削参数对工件磨削表面质量的影响,获得陶瓷轴承套圈内表面精密磨削加工的最佳工艺参数.试验还进行了磨削过程中磨削力的测试和比磨削能的计算,分析了陶瓷材料的去除机理.     

磨削速度对碳化硅陶瓷磨削损伤影响机制研究

碳化硅陶瓷高速磨削过程中,磨粒对工件材料强力冲击,应变率剧增、复杂显微结构对应力波传送响应转变,材料力学行为发生变化,目前高速磨削对材料去除机制影响的物理本质认识还不清楚。为此,开展磨削速度对SiC陶瓷磨削裂纹损伤影响机制研究。通过单颗磨粒磨削SiC陶瓷试验,分析了磨削速度对SiC陶瓷磨削表面形貌、磨削亚表面裂纹损伤深度、磨削力和磨削比能的影响规律。试验结果表明,当SiC陶瓷材料以脆性方式去除时,磨削速度对裂纹损伤影响最为显著,随着磨削速度从20 m/s增加到160 m/s,磨削亚表面裂纹损伤深度从12.1μm快速降低到6μm。采用Voronoi法建立了金刚石磨削多晶SiC陶瓷有限元仿真模型,当磨粒切厚为0.3μm,磨削亚表面损伤以微裂纹为主;当磨粒切厚为1μm时,随着磨削速度增加,磨削亚表面裂纹损伤深度从14.7μm降低到4.6μm,磨削亚表面宏观沿晶裂纹逐渐变为微观裂纹。基于位错理论和冲击动力学理论,揭示了高速磨削过程中位错密度的增加和晶界反射应力波对应力场削弱作用是高速磨削SiC陶瓷裂纹损伤“趋肤效应”产生的机理。     

碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削

采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验,对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究,并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示,该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主,砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加,随着主轴转速的增加略有减小;普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加,而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比,在相同的磨削参数下,超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善,且磨削力比减小近1/3,表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少,表面损伤层较浅,亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低,可以获得较为理想的表面质量。     

光学玻璃超声振动磨削亚表面损伤的试验研究

进行光学玻璃BK7超声振动辅助磨削试验,采用截面抛光法配合HF酸腐蚀法并通过扫描电子显微镜观测获得亚表面裂纹的最大深度,研究了主轴转速、磨削深度、进给速度和超声振动振幅对亚表面损伤裂纹最大深度的影响规律,分析了亚表面裂纹的几种形态及其成因。结果表明,随着主轴转速和超声振动振幅增大,磨削深度及进给速度减小,亚表面最大裂纹深度明显减小。超声振动的引入改善了磨削时的加工条件,对提高加工表面及亚表面的质量有一定帮助。     

陶瓷轴向磨削加工实验分析及砂轮磨损研究

轴向磨削加工是以金刚石小砂轮的端部磨粒作为主切削刃来去除材料,用圆周部分内圆或外圆表面磨粒作为副切削刃对已加工圆柱面进行修磨的一种磨削加工技术。从轴向对工程陶瓷进行外圆或内孔加工时,一次切削的径向磨削深度(即背吃刀量)与进给速度分别可达5～10mm和200mm/min以上,实现了工程陶瓷外圆的高效低成本加工。利用该方法对陶瓷材料制成的发动机精密偶件出油阀套筒进行内孔加工,通过单因素试验,分析了不同参数组合下的砂轮磨损情况及各参数对砂轮磨损的影响,试验表明:砂轮磨损程度随磨削深度的增加而呈非线性增加;为使砂轮磨损最小化,主轴转速和工件转速应匹配,即二者的比值应控制在一定的范围内。     

氮化硅陶瓷套圈磨削力有限元仿真分析与实验

分析磨削氮化硅陶瓷材料时产生的磨削力,对磨削力的变化规律进行探索,对磨削过程中磨削力的大小进行预测,提高磨削效率和加工表面质量。通过超景深电子显微镜对砂轮表面磨粒分布状况进行扫描,计算得到砂轮表面的磨粒密度,建立多颗磨粒随机分布的三维虚拟砂轮模型,将砂轮模型导入到Abaqus有限元仿真软件中进行氮化硅陶瓷的磨削仿真,得到不同参数组合下的磨削力仿真数据。在MK2710的数控磨床上进行氮化硅陶瓷的磨削实验,获取相应的磨削力实验数据,比较实验数值与预测数值,并分析影响磨削力因素的主次顺序。实验数值与预测数值具有一致性,磨削深度对磨削力的影响最大,其次为砂轮转速和径向进给速度。     

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的高速磨削机理试验研究

针对超音速火焰喷涂WC-17Co高硬涂层的加工难题,对WC-17Co涂层进行了高速/超高速磨削试验。通过考察不同金刚石砂轮和磨削工艺参数对磨削力、磨削温度和表面残余应力、表面/亚表面微观形貌和表面粗糙度的影响,讨论了最大未变形切屑厚度与比磨削能的内在关系,分析了磨削温度对表面残余应力的作用规律,探讨了法向磨削力对涂层亚表面损伤的作用规律。结果表明：WC-17Co涂层磨削去除是脆性和延性去除并存;提高砂轮线速度将使磨削力先快速减小后缓慢增大,磨削温度持续升高,涂层磨削从脆性去除转为延性去除的趋势也逐渐增强,表面残余应力由压应力逐渐转变为拉应力,而磨削高温引起涂层热塑性变形是表面残余应力状态转变的根本原因。涂层亚表面磨削损伤层平均深度随法向磨削力的增大而变大。提高砂轮线速度、降低工作台速度和减小磨削深度均能增大涂层磨削塑性去除的比例。