弹性磨具磨抛M300曲面多目标磨削参数研究

目的通过M300模具钢曲面磨抛加工实验研究,解决传统抛光工艺效率低下等问题。方法采用弹性球头磨具对M300钢进行了曲面抛光加工,设计单因素实验和正交实验,研究主轴转速、磨具粒度、进给速度、切削深度等主要工艺参数对表面粗糙度与材料去除率的作用。使用Hilbert路径走刀方式进行加工,可均匀遍历整个待抛曲面,利用五轴加工中心作为试验平台,电子分析天平、三维表面形貌仪作为检测仪器,得到优化的工艺参数和优选区间。结果在9组选取的磨抛参数中,能够获得较为理想的表面粗糙度(0.078μm),材料去除率和磨耗比分别为2.152 mm3/min、0.07。对表面粗糙度影响较大的因素为切深,对材料去除率影响较大的因素为切深和进给速度。对于多目标优化,切深、主轴转速、进给速度、磨具粒度的影响程度逐次降低。优化后的工艺参数组合为:球头磨具320#,主轴转速4500 r/min,切深0.4 mm,进给速度80mm/s。结论采用弹性球头磨具磨抛可提高M300模具钢的材料去除率,改进加工表面质量,进而提高加工效率。     

基于弹性基体磨具的3D打印高温合金叶片磨抛试验

目的 验证弹性基体磨具自适应磨削抛光加工增材制造镍基高温合金叶片的工艺可行性。方法 以硅橡胶基体磨具弹性磨抛技术为基础,建立弹性磨具与叶片接触的有限元模型,分析磨具与工件接触区域内应力和材料去除分布。以有限元分析结果为指导,研究磨具接触变形和材料去除对轨迹规划的影响,确定合理的轨迹步长和间距,并通过控制工件位姿角的变化,保证在磨抛过程中磨具与工件的接触状态不变。以GH4169镍基合金叶片为加工对象,采用硅橡胶弹性固结磨料磨具在小型四轴加工平台上进行磨抛试验。结果 仿真结果表明,弹性磨具与曲面工件之间的接触区域为椭圆形,应力和材料去除分布都由椭圆心到周围逐渐减小;当弹性磨具的压缩量为3 mm时,基于弹性接触有限元分析结果确定的最优轨迹间距为9 mm。试验结果表明,采用自适应磨抛轨迹抛光后,叶片表面无明显划痕和抛光纹理,表面粗糙度Ra由开始的1.846μm降至0.182μm,标准差由0.108μm降至0.026μm,材料去除率为3.432×10⁹μm³/min。结论 硅橡胶弹性固结磨料磨具可用于GH4169镍基合金叶片的超精密磨抛,基于弹性磨具接...     

弹性基体磨具的磨抛轨迹与表面加工质量研究

目的 解决以光学玻璃为代表的硬脆材料加工效率与表面质量难以同时得到保证的共性问题。方法 以弹性基体工具磨削抛光技术为基础,分析弹性接触区域内有效工作磨粒的运动行为。基于Preston方程材料去除模型,研究磨抛过程中磨抛接触区域的接触面积、速度分布、多颗磨粒的运动轨迹。基于运动学模型,探究磨抛过程中磨具的运动学参数、磨粒浓度及排布特征等因素对磨粒磨抛轨迹的影响,采用磨具与工件接触区域磨粒运动轨迹相对面积占比和变异系数表征磨粒运动轨迹分布的均匀性,并建立基于轨迹均匀性的加工表面质量评价方法,优化工艺参数。以石英玻璃为加工对象,以硅橡胶中混入金刚石磨粒为基体,通过正交实验研究不同参数对工件表面质量的影响。结果 仿真结果表明,选取自转速度为300 r/min、进给速度为1 mm/s、磨抛进动角为15°,磨粒浓度及排布采用1 mm磨粒理论间距,此时获得的最大磨粒运动轨迹相对面积占比为96.46%,最小变异系数为0.375。通过实验,得到了选取磨抛工艺参数中的最佳参数组合,自转速度为1 200 r/min,进给速度为1 mm/s,磨抛进动角为15°~20°,磨粒浓度及排布采用磨粒间距1 mm,该组合可将工件的表面粗糙度由1.078 μm降至0.057 μm,材料去除率为3.8×10⁸ μm³/min。结论 磨粒运动轨迹的密集程度与自转速度、磨粒浓度及排布呈正相关,与进给速度呈负相关,在考虑加工成本的前提下,采用高自转速度、高磨粒浓度、低进给速度及15°~20°的进动角可以获得密集且均匀的磨粒运动轨迹,提高了工件的表面质量和材料去除效率。     

基于赫兹理论的弹性磨具磨抛 M300 钢表面参数模型研究

目的由于弹性磨具与曲面接触特征的多样性,导致弹性磨具呈非常量磨损,使磨具的磨抛工况变得复杂,磨抛参数对表面精度的影响没有得到理论上的阐释,通过实验研究磨削过程的磨削参数变化规律与加工表面残留峰移除量的理论关系。方法针对M300钢高耐磨性的特点,通过对球头弹性磨具(油石)的微观接触分析,根据赫兹理论接触应力分布特点,数学推导得出在平面情况下残留峰移除率与影响磨削精度的主要参数的函数关系。结果根据磨削参数变化规律,考虑进给速度的变化,得出任一点的残留峰置的变化量为接触半径减去球头在一定位置下通过的距离,并推导出移除率Q=dh/dt=CPmατnα的预估参数值。根据最小二乘法算得当m=-3,n=-2时,C=1.55×105,移除面积与磨抛参数成正相关。结论通过磨削实验确定移除率待定参数值,从理论上确定影响磨削质量的法向压力和切应力对残留峰移除高度的影响,为曲面磨削弹性预估补偿研究提供参考。同时应适当减小弹性模量,增大法相压力及球头磨具半径,使得进给量增大,减小磨损,提高磨削效率。     

弹性基体软固结磨料磨具的材料去除机理

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软固结磨料磨具,利用有限元仿真分析方法研究弹性基体软固结磨粒的受力状态,结合接触力学与运动学分析建立考虑单颗磨粒磨损行为与有效磨粒数量的材料去除模型,通过石英玻璃试件的弹性磨抛加工试验验证预测模型的准确性。结果表明：石英玻璃试件的材料去除率随着磨抛压力、主轴转速、磨具偏角的增大而显著增加,而磨料粒径对其影响程度较小;当工艺参数组合为磨料粒径100μm、磨抛压力7 N、主轴转速1 500 r/min、磨具偏角20°时,经60 min磨抛后,工件已加工表面粗糙度由1.069μm降至0.089μm,材料去除率为8.893×10⁸μm³/min;该试验条件下,建立的材料去除模型预测准确度相比Preston经典模型提高36.7%。研究成果可为实现硬脆材料的确定性材料去除提供技术支持和理论依据。     

机匣零件气道面及支板面的机器人磨抛加工

提出机匣零件气道及支板面机器人磨抛加工技术。针对机匣的气道面及支板面开发高带宽长悬伸自适应磨具,根据力控磨具的受力分析进一步设计PID力控制器,采用Robotmaster进行磨抛刀路规划,在机匣试验件上开展力控磨抛方案和无力控磨抛方案的对比试验。结果显示:力控磨抛方案的精度为±1.5 N, 且平均表面粗糙度为1.450 μm;而无力控磨抛方案中的力为20.0 N, 平均表面粗糙度为2.069 μm。力控磨抛后的机匣表面质量更高。      

基于随机过程的钎焊金刚石磨抛盘磨损可靠性

为实现高强度钢表面高效磨抛加工,设计一种钎焊金刚石磨抛盘,给出基体的结构,并对摩擦和热相互作用下磨具磨损可靠性进行了预测。首先,通过磨抛轨迹和接触区域特征建立钎焊金刚石磨抛盘材料去除函数模型;然后,在传统的磨损分析模型中引入白噪声代表磨抛过程的动态和随机因素,应用维纳过程理论和极限状态方程,建立了钎焊金刚石磨具磨粒磨损的动态可靠性模型,并给出了模型中重要统计特征参数的估计方法;最后,以钎焊金刚石磨抛盘磨抛AH32碳素钢为例进行了磨粒磨损可靠度和寿命特征的具体计算。结果表明,连续磨抛下磨抛盘的平均寿命达到15 h以上,可靠度曲线先缓慢下降后剧烈下降再缓慢下降;旋转速度、进给速度、磨削深度、磨料粒度等工艺参数对磨具的寿命有着重要影响,钎焊金刚石磨抛盘的可靠度与旋转速度、进给速度和磨削深度的乘积呈正比关系。该研究可为先进焊接磨具的定量寿命评估和强度优化设计提供了理论基础。     

磨料浆体射流抛光模具钢的试验研究

通过磨料浆体射流抛光加工SKD12模具钢的试验研究,分析了浆体射流的加工参数与抛光加工工件表面质量之间的关系,得出了各个工艺参数对磨料浆体射流加工质量的影响规律。结果表明:模具钢抛光表面R_a值与磨料尺寸成正比,与工件的初始R_a值无关;走刀速度4 mm/s、喷射压力0.7 MPa、靶距5 mm、磨料浓度75 g/L时工件表面质量最佳;氧化铝磨料比碳化硅磨料抛光质量高;当走刀间距为1.25D时表面粗糙度值最低,且喷嘴直径越大表面R_a值越小。      

利用金刚石线锯切割硅晶体的实验研究

本文综述了脆性材料的塑性转变理论、脆性材料塑性加工研究进展情况,进行了环形金刚石线锯丝切割硅晶体的实验.锯丝单方向连续运动,因而可以提高切割速度,锯丝运动速度为10 m/s和21 m/s两种.工件进给速度分别为8.4 mm/min,12.6 mm/min和20 mm/min等三种.用扫描电镜检测切割表面并与往复式线锯切割表面进行比较.实验结果及理论分析表明:锯丝上单个磨粒切削深度极小,切割表面平整、无崩碎现象,表面粗糙度值达1.4 μm～3 μm,接近粗磨加工后的表面.进给速度增大,表面粗糙度有所增大;切削速度提高,表面粗糙度降低不明显,这与理论分析不一致,其原因是工艺系统振动、冲击所致.锯丝磨损、磨料脱落是降低切割表面质量的另一原因.     

SiC颗粒增强铝基复合材料磨削中砂轮磨损与加工质量研究

颗粒增强铝基复合材料是一种典型的难加工材料。我们对电镀金刚石砂轮平面磨削加工SiC颗粒增强铝基复合材料的加工表面质量进行了实验研究。结果表明,在主轴转速为6000r／min、进给速度为300mm／min、磨削深度为0．05mm的条件下,走刀长度达到30m时砂轮直径磨损量为0．11mm,在实验所采用的加工参数条件下表面粗糙度达到Ra0．57—1．12μm,加工表面质量较高。文中还对电镀金刚石砂轮的磨损形式、磨损机理以及砂轮的修整进行了分析与介绍。     

W-Mo合金精密镜面加工工艺的实验研究

为了研究W-Mo合金材料精密加工的新途径,采用在线电解修整(ELID)精密磨削和超精密研抛技术,对其进行了精密镜面加工实验,分析了此材料超精密镜面表面的形成机理。通过ELID磨削加工得到了表面粗糙度Ra0.020μm加工表面,再以研抛压力为0.1~0.3 N/cm2,转速为60~100 r/min等优化研抛参数进行研抛加工,获得了表面粗糙度为Ra0.012μm精密镜面加工表面。实验表明:ELID精密磨削加工是保证工件表面质量的基础,超精密机械研抛时研抛压力及转速等参数对工件表面质量起主要影响作用。     

基于正交设计的SiCp/Al复合材料铣磨力实验

针对SiCp/Al复合材料加工中存在的问题,使用电镀金刚石螺旋槽铣磨工具对SiCp/Al复合材料进行了实验研究.通过正交实验设计,研究了不同的铣磨工具和加工参数对铣磨力的影响规律,并对实验结果进行了主效应和方差分析.结果表明:铣磨加工SiCp/Al复合材料时,最佳的参数组合为T2ν4f1a1,即使用螺旋角为50°,螺旋槽数为3的铣磨工具,在加工参数为ν=314 m/min,f=100 mm/min,a=0.01 mm下能得到较小的铣磨力;法向铣磨力Fn和切向力铣磨力Ft均随着铣磨速度的增加而减小,随着进给速度和铣磨深度的增加而增大;进给速度和铣磨深度对法向铣磨力是高度显著的影响因素,铣磨速度、进给速度和铣磨深度对切向铣磨力均是高度显著影响因素,各因素对铣磨力的显著性影响顺序为a ＞f＞ν＞Tool.     

高速微尺度铣削单晶铝表面粗糙度试验研究

微铣削是一种加工微小零件和微小特征的高精、高效加工方法,为探究单晶铝微铣削表面质量,采用直径为0.4mm的硬质合金立铣刀,对单晶铝进行三因素五水平微铣削正交试验,通过极差分析找出影响表面质量的主次因素,即主轴转速的影响最大,铣削深度其次,进给速度最小,探讨了切削参数对单晶铝微铣削表面质量的影响规律;优化获得理想的工艺参数组合,即主轴转速为36000r/min,铣削深度为10μm,进给速度为80μm/s,此时即表面粗糙度最小,为0.782μm。研究结果为单晶材料的微铣削加工提供一定的理论和试验依据。     

基于综合评价的SiCp/Al磨削表面质量试验

目的 针对高体积分数SiCp/Al加工表面缺陷复杂多样,提出其表面质量综合评价方法,研究磨削参数对SiCp/Al磨削表面质量的耦合影响规律,优化加工工艺.方法 基于SiCp/Al磨削加工表面缺陷,提出粗糙度综合指标SR为主、表面形貌为辅的表面质量综合评价方法,采用全因子试验方法分析低、高进给速度工况下主轴转速和磨削深度对表面质量的影响规律.借助Abaqus软件揭示SiCp/Al磨削表面形成机理,解释试验结果.结果 小切深(ap为5μm和20μm)时,粗糙度综合指标SR随着主轴转速ns的增加而先递减再增大;大切深(ap为40μm和80μm)时,SR随着ns的递增而递减或近似递减.低主轴转速(ns为2000 r/min和4000 r/min)时,SR随着磨削深度ap的增加(ap由5μm递增到80μm)而先增大再减小而后又增加;高主轴转速(ns为6000 r/min和8000 r/min)时,SR随着ap的增加而先增加再低进给量时减小或高进给量时增加.获得最佳磨削表面质量的最优磨削参数是:进给速度vf=50 mm/min,磨削深度ap=5μm,主轴转速ns=6000 r/min.兼顾磨削效率和表面质量的最优磨削参数是:vf=50 mm/min,ap=80μm,ns=8000 r/min.结论 表面质量综合评价方法的可靠性较高,主轴转速和磨削深度对表面质量的影响具有耦合性,减小磨削深度、采用适当主轴转速有助于改善表面质量.     

SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究

针对SiCp/Al逐层磨削两相三维重构需要精密高效端磨的问题，基于单颗磨粒磨削SiCp/Al的磨削力，在考虑切屑变形力、摩擦力、SiC颗粒断裂破碎力的基础上，建立SiCp/Al的端磨磨削力解析模型，结合试验研究切削速度、工件进给速度和轴向磨削深度等参数对加工表面粗糙度的影响规律，并探讨SiCp/Al金相表面快速磨削的加工工艺。结果表明：构建的端磨磨削力解析模型与试验的法向磨削力Fn的总体平均误差为12.98%，切向磨削力Ft的总体平均误差为3.49%；表面粗糙度随切削速度增大而减小，随进给速度和轴向磨削深度的增大而增大；用磨料颗粒基本尺寸为13.0μm的磨具，经过6次磨抛获得良好金相表面，所需磨削加工时间为600 s，可实现SiCp/Al金相表面的快速磨削。     

高速铣削航空铝合金的工艺参数优化研究

以6061铝合金为研究对象,在高速加工中心上对6061铝合金进行铣削加工,对加工后的工件表面粗糙度、材料去除率以及铣削力进行相应的测量和分析,通过切削加工实验的方法针对不同工艺参数组合方式以及不同刀具材料对加工效率和加工质量的影响情况展开研究,从而确定最优工艺参数组合以及最佳刀具材料。研究结果表明:硬质合金刀具的切削性能优于TIALN涂层刀具,当主轴转速为8000r/min,进给速度为1600mm/min,切削深度为0.2mm时,工件的表面质量最好,表面粗糙度Ra可达到0.14μm,同时材料去除率可以达到46310mm3/min,当主轴转速为8000r/min,进给速度为1600mm/min,切削深度为0.05mm时,铣削力分别是10N(X),11N(Y),7N(Z),该工艺参数组合可以提高刀具耐用度。     

磁力研磨法光整内凹槽底面的工艺参数优化

为提高磁力研磨法光整异形波导管内凹槽底面的研磨效率和研磨效果,解决其难光整问题,采用正交试验法研究钢珠直径、加工间隙、磁极盘转速3个主要工艺参数对表面粗糙度降低率ΔR_a的影响,并采用极差分析和方差分析法对工艺参数进行分析和优化。试验确定的最佳工艺参数组合是钢珠直径为1.0 mm,加工间隙为1 mm,磁极盘转速为800 r/min。采用最佳工艺参数对试样进行研磨抛光,加工30 min后试样表面的大量突起被去除,表面粗糙度值R_a从初始的11.059 μm降至1.513 μm,粗糙度降低率ΔR_a达到最大值86.3%,试样的表面质量得到有效改善。      

砂带抛光工艺对试样表面完整性的影响

磨削加工作为试样制备的最后一道工艺,对试样的表面质量影响很大.砂带抛光工艺相对于传统砂轮磨削来说,有效率高,质量好等优点,适于试样加工.通过一系列的正交实验和单因素实验,针对A-100材料,探索了抛光速度,进给速度,抛光深度和砂带粒度对试样表面完整性的影响.实验结果表明通过优化上述参数,减少试样表面残余应力,降低表面粗...     

基于单因素法对7A09铝合金铣削表面质量的研究

目的通过对工件表面粗糙度、表面形貌和残余应力的分析,探究铣削用量对7A09铝合金铣削表面质量的影响,从而为7A09铝合金铣削加工表面质量的控制提供一定的理论基础。方法基于KVC800-1型数控加工中心,采用单因素法对7A09铝合金进行平面铣削试验,试验变量为铣削速度、每齿进给量和铣削深度,以此便可得平面铣削中铣削用量对7A09铝合金已加工表面质量的影响规律。结果7A09铝合金的表面粗糙度随铣削速度的增大和每齿进给量的降低而得以改善,但铣削深度对表面粗糙度的影响则较小。由已加工面的二维轮廓图和三维表面形貌图可知,铣削加工后,工件表面出现明显的犁沟,且沿进给方向的波峰和波谷都在一定范围内起伏变化,呈现出明显的规律性。当铣削用量改变时,其残余应力曲线均呈"勺"形分布,且残余应力对铣削速度和每齿进给量的变化都较为敏感,而对铣削深度的敏感性则较低。结论通过分析铣削用量对7A09铝合金已加工表面质量的影响,得出vc=240m/min、fz=0.14mm/z、ap=0.15 mm时,工件可获得最佳表面质量。     

固结磨料研磨中去除机理探索

结合目前实验室的实际加工条件建立了用FAP(fixed abrasive pad,固结磨料抛光垫)研磨抛光时磨粒嵌入工件表面的切深数学模型,提出了当不考虑抛光垫的弹性变形且FAP中添加的磨粒粒径范围在10～14μm之间时,磨粒压入工件的最大深度值在0.4μm左右。当考虑抛光垫的弹性变形时,磨粒嵌入工件的深度普遍减小,从而使得加工后工件的表面质量得到明显提高,主要表现在加工后工件表面划痕数量和划痕深度大大减小,表面粗糙度值降低。为了验证模型的正确性,在研磨抛光实验过程中收集了大量磨屑并对其拍摄大量SEM照片,通过图像处理和分析证明了在加工产生的磨屑中,91%以上(均值96.5%)的磨屑厚度小于0.3μm,非常好地吻合了本文中所建立的切深数学模型。