快速点磨削接触区周边实际接触面积的计算

为深入研究快速点磨削机制及工艺,根据点磨削砂轮与工件的干涉原理和几何学特征,建立在点磨削时砂轮周边与工件的接触区域的理论模型,对砂轮和工件的接触区域面积进行理论分析计算.在己建立快速点磨削接触区的理论模型基础上,推证点磨削变量角度和磨削深度对砂轮周边理论接触面积的影响及计算公式.结合实例计算,对点磨削与常规磨削周边接触区域面积与形态做了对比分析,为深入研究点磨削材料去除机制提供了理论基础.     

快速点磨削变量角度对表面粗糙度影响机理研究

基于点磨削周边接触宽度和点磨削表面粗糙度的数学模型,分析了磨削变量角度的变化对工件表面粗糙度的影响机理,完成了磨削变量角度影响工件表面微观几何特性的快速点磨削加工实验,并将基于点磨削表面粗糙度理论模型的计算值与实验结果进行了比较.结果表明:随着垂直点磨削变量角度的增大,接触区周边接触宽度沿工件轴向的分量减小,工件表面粗糙度增大.实验和计算结果基本吻合,并具有相同的变化趋势.     

砂轮周边磨削参数对快速点磨削加工精度影响的研究

重点研究了CBN超薄砂轮在快速点磨削过程中的倾斜角和偏转角对砂轮周边接触宽度以及磨削区内任意一点的切削深度的影响情况.建立了砂轮周边接触宽度模型,进而研究磨削转角对砂轮周边接触宽度的影响情况.针对磨削区内距离切削深度最大点任意高度的一点,对该点的切削深度受砂轮倾斜角和偏转角的影响情况进行了研究,建立几何模型,得出该点切削深度的数学公式.为点磨削过程中设置合适的倾斜角和偏转角,以便控制磨削处在理想的状态提供了参考.     

快速点磨削侧边接触层模型及CBN砂轮磨损特性

根据点磨削原理和技术特征,讨论薄层CBN砂轮侧边实际接触区在材料去除过程中的作用,建立快速点磨削侧边接触区几何模型,对侧边接触区工件等效直径、几何与动态接触弧长、单颗磨粒切削深度、平均切屑断面积等接触层参数进行数学建模与解析。结合快速点磨削加工试验研究结果,分析侧边接触层参数对快速点磨削过程的影响机理及薄层CBN点磨削砂轮的磨损特征及规律。结果表明,点磨削过程中材料的去除主要是在侧边接触区内完成,薄层CBN点磨削砂轮的最大磨损速率发生在砂轮侧边最大直径处。     

有序化砂轮磨削表面粗糙度仿真

为改善砂轮的磨削性能,将有序排布理论引入到电镀砂轮磨粒排布中。分别探讨了叶序、错位、无序排布砂轮在不同磨削参数下对工件表面粗糙度的影响,同时建立叶序、错位、无序排布电镀砂轮磨削表面粗糙度数学模型,并利用MATLAB软件进行仿真。在砂轮缓进给磨削过程中,叶序排布砂轮所获得的工件表面粗糙度值低于其他排布方式的砂轮。且工件表面的粗糙度值随着磨削速度比的增大而减小,随着磨削厚度的增大而增大。这为实际磨削工件表面粗糙度分析提供了很好的辅助和验证方法。     

硬质合金立铣刀螺旋槽磨削表面粗糙度模型研究

基于立铣刀螺旋槽的加工原理,根据安装参数确定砂轮磨削螺旋槽的磨削接触区;分析螺旋槽磨削接触区内砂轮与工件的等效直径和有效速度,发现立铣刀螺旋槽磨削既有外圆磨削的特点也有内圆磨削的特征。考虑硬质合金工件材料塑性隆起和砂轮速度与工件速度之间夹角对表面粗糙度的影响,建立立铣刀螺旋槽磨削表面粗糙度计算模型,分析砂轮直径、砂轮速度和工件进给速度对磨削表面粗糙度的影响。在五轴联动数控工具磨床上使用金刚石平行砂轮进行螺旋槽磨削试验。使用超景深显微镜对立铣刀螺旋槽磨削表面形貌进行分析,使用白光干涉仪测量螺旋槽磨削表面粗糙度大小。试验结果验证了硬质合金立铣刀螺旋槽磨削表面粗糙度计算模型的正确性。该模型为其他整体式刀具螺旋槽磨削表面粗糙度的计算提供了理论参考。     

点磨削工件微观形貌仿真与试验研究

点磨削属于外圆磨削技术的一种,其砂轮与工件轴线之间存在变量夹角α,加工过程中磨粒的运动轨迹发生改变。为探索α对工件表面粗糙度的影响,利用砂轮与工件之间的运动关系及坐标转化,将磨粒运动函数等效为抛物线,得出点磨削的切削路径。基于砂轮表面磨粒分布状态,沿砂轮轴向扩展有效干涉痕迹,得到工件的三维几何仿真形貌。将45钢淬火后作为工件材料,选择典型磨削参数,利用试验对模型进行验证。结果表明:仿真与实际工件微观形貌呈现相似特征,两形貌表面高度概率密度分布十分吻合,在不同磨削速度下,两结果之间平均相差7.8%。当α在0°～4°变化时,Ra的浮动范围小于0.1μm,工件表面粗糙度不会发生明显改变,几何仿真模型为实际磨削工件形貌分析提供了一种辅助和验证方法。     

核主泵用斜波纹面型密封环超精密磨削方法

提出基于三轴联动杯形砂轮线接触磨削原理的核主泵用斜波纹面型密封环加工方法,它采用一个工件轴、一个摆动轴、一个直线轴、一个砂轮轴和一个宽度较窄的杯形砂轮.其原理为选择适当的砂轮半径、砂轮倾斜角度和砂轮轴线与摆动轴线交点到密封坝面中心距离使磨削接触弧线是斜波纹面上且以其内、外周边为边界的一条曲线的精确逼近,联动控制工件轴、摆动轴和直线轴的运动使磨削接触弧线两端点分别在斜波纹面内外周边上进而通过磨削接触弧线扫掠运动形成高精度斜波纹面,在砂轮轴与工件轴平行时磨削密封坝面.其优点是砂轮端面形状不变化,不存在砂轮修形和形状测量难题,砂轮端面磨损对斜波纹面面形精度的影响可以忽略,能够实现核主泵用斜波纹面型密封环的高面形精度、低表面粗糙度加工.     

38CrMoAl渗氮钢微晶刚玉砂轮摆线磨削工艺试验研究

在实际磨削38CrMoAl渗氮钢过程中,存在磨削烧伤情况。本文分别采用白刚玉砂轮和微晶刚玉砂轮磨削38CrMoAl渗氮钢,对比研究了不同磨料类型刚玉砂轮对磨削力和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：相较于白刚玉砂轮,微晶刚玉砂轮磨削时磨削力降低了14.2%。基于正交试验方法,通过微晶刚玉砂轮平面磨削试验,探究了磨削工艺参数对磨削力和工件表面粗糙度的影响。结果分析表明：磨削深度对磨削力影响最大,其次是工件进给速度和砂轮转速;对于工件表面粗糙度而言,工件进给速度的影响最大,其次是砂轮速度和磨削深度。最终采用微晶刚玉砂轮对38CrMoAl渗氮钢齿轮样件进行批次加工,结果显示无磨削烧伤发生,且磨削表面质量得到了显著提高。     

光学材料磨削的亚表面损伤预测

基于压痕断裂力学理论,建立了工件表面粗糙度与亚表层损伤深度的理论关系模型,用于预测磨削加工脆性光学材料引起的亚表层损伤深度.利用磁流变角度抛光技术检测了不同磨削加工工艺条件下亚表层的损伤深度,验证了理论模型的正确性.分析了加工工艺参数对工件表面粗糙度及亚表层损伤深度的影响规律,提出了提高材料去除率的磨削加工工艺方案.分析结果表明:脆性材料工件的亚表层损伤深度与工件的表面粗糙度呈非线性单调递增关系.工件亚表层损伤深度及工件表面粗糙度均随着切削深度和进给速度的增加而增加,随着主轴转速的增加而减小.对比实验结果与理论模型预测结果表明,提出的模型可以准确、无损伤地的预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度.     

CBN砂轮超高速磨削条件下加工表面粗糙度的实验研究

在高速超高速磨削工艺实验基础上,分析了砂轮线速度、切削深度、最大未变形切屑厚度等工艺参数对45#钢、40Cr两种材料磨削表面粗糙度的影响,揭示了在高速超高速磨削条件下用CBN砂轮进行磨削时,表面粗糙度值随砂轮线速度的提高而减小,随切削深度及最大未变形切屑厚度增加而加大的变化规律和机理。为特定材料在高速超高速磨削条件下的加工提供了参考依据。     

Effects of Abrasive Types on Grinding of Chopped Strand Mat Glass Fiber-Reinforced Polymer Composite Laminates

A grindability study of chopped strand mat glass fiber reinforced polymer laminates (CSM GFRP) has been carried out to evaluate the effects of abrasive types on grinding force ratio and area roughness at varying grinding parameters such as speed, feed and depth of cut. Performances of alumina (Al₂O₃) and cubic boron nitride (CBN) wheels were compared. Both wheels delivered the maximum grinding force ratios at low speed, high feed and low depth of cut. Alumina wheel produced smoother surface when grinding at low speed, low feed and high depth of cut. CBN wheel, on the other hand, gave smoother surface at high feed and low depth of cut conditions, regardless of speed. With CBN wheel, it is likely that a single grinding condition exists that maximizes grinding force ratio and minimizes area roughness. The findings indicate that CBN wheel exhibited higher grinding force ratio than alumina grinding wheel in general. CBN grinding wheel also outperformed alumina grinding wheel by producing smoother ground surface in most cases.     

数控快速点磨削技术及其应用研究

介绍了快速点磨削技术的发展现状及工艺特征,分析和研究了快速点磨削机理和材料去除机制。研究结果表明,砂轮的磨损机制不同于一般外圆磨削,磨削过程具有较高的绿色加工性能,通过合理控制磨削参数和磨削条件,该项技术可应用于一些难加工材料和复杂回转表面的高质量磨削加工。由此提出了在这些领域开展应用研究的重点内容,以及推广和开发此项技术的意义。     

磨削参数对超细硬质合金磨削表面粗糙度的影响

在使用金刚石砂轮的平面磨床上对超细硬质合金进行了磨削试验研究。通过扫描电子显微镜观察磨削表面形貌和用表面粗糙度测定仪测量磨削表面粗糙度,分析了磨削参数对超细硬质合金磨削表面粗糙度的影响。研究结果表明,同一切深下,超细硬质合金磨削表面粗糙度随砂轮粒度的增大而增大。采用相同粒度砂轮磨削,切深较小时,超细硬质合金磨削表面粗糙度随切深的增加而增大,当切深增大到一定值后,磨削表面粗糙度值逐渐降低。     

Thermal influence on surface layer of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in grinding

In this study, we investigated thermal influence on surface layer of CFRP in grinding with heat conduction analysis using grinding temperature at wheel contact area on dry and wet condition. Moreover, the thermal affected layer was analyzed through an experiment to examine the temperature of glass transition and thermal decomposition of the matrix resin that composes the CFRP used in this study. The influence of thermal effect on grinding of CFRP was verified based on observation of ground surface finish after grinding using SEM and the measurement of surface roughness. From the measurement result of DSC (Differential Scanning Calorimetry)，TG-DTA (Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis), It was found that the thermal affected layer of CFRP includes a layer in which the matrix resin is changed in quality by exceeding the glass transition temperature and a layer in which the matrix resin is thermally decomposed by exceeding the thermal decomposition temperature. In addition, it was found that the surface roughness was significantly reduced if the thermal affected layer with thermal decomposition was generated. In each grinding atmosphere, it tended to increase of grinding temperature at wheel contact area with increasing in the setting depth of cut. In the case of dry grinding, grinding temperature at wheel contact area increased up to t thermal decomposition temperature of the matrix resin. However, in the case of the wet grinding, grinding temperature at wheel contact area did not increase until thermally decomposition temperature. From the result of simulation about thermal affected layer, influence of grinding heat increased with increasing in the setting depth of cut. Ultimately, the thermal affected layer with thermal decomposition was generated in dry grinding. Moreover, from the results of SEM observation, it was confirmed that the surface finish properties deteriorated significantly due to thermal decomposition of the matrix resin in the case of Δ = 400 μm in the setting depth of cut at fiber angle θ = 0°. On the other hand, it was confirmed that the micro damage of carbon fiber was occurred in wet grinding at each setting depth of cut.     

工件旋转法磨削硅片的磨粒切削深度模型

半导体器件制造中,工件旋转法磨削是大尺寸硅片正面平坦化加工和背面薄化加工最广泛应用的加工方法。磨粒切削深度是反映磨削条件综合作用的磨削参量,其大小直接影响磨削工件的表面/亚表面质量,研究工件旋转法磨削的磨粒切削深度模型对于实现硅片高效率高质量磨削加工具有重要的指导意义。通过分析工件旋转法磨削过程中砂轮、磨粒和硅片之间的相对运动,建立磨粒切削深度模型,得到磨粒切削深度与砂轮直径和齿宽、加工参数以及工件表面作用位置间的数学关系。根据推导的磨粒切削深度公式,进一步研究工件旋转法磨削硅片时产生的亚表面损伤沿工件半径方向的变化趋势以及加工条件对磨削硅片亚表面损伤的影响规律,并进行试验验证。结果表明,工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿硅片半径方向从边缘到中心逐渐减小,随着砂轮磨粒粒径、砂轮进给速度、工件转速的增大和砂轮转速的减小,加工硅片的亚表面损伤也随之变大,试验结果与模型分析结果一致。     

TEMPERATURE AND ENERGY PARTITION IN HIGH-SPEED GRINDING OF ALUMINA WITH A BRAZED DIAMOND WHEEL

An investigation is reported on the temperatures and energy partitions for high speed grinding of alumina with a brazed diamond wheel. The grinding temperature at the wheel-workpiece interface was measured using a pair of grindable foil thermocouples. The energy partition to the workpiece was evaluated by matching the analytical temperatures to the measured results. The influences of the grinding conditions, including wheel speed, the depth of cut, workpiece velocity, and material removal rate, on the temperatures and energy partitions were investigated. In all tests, the maximum grinding zone temperature rise was below 260°C. The energy partitions to the workpiece obtained under different grinding conditions varied from 30% to 75%. The calculated diamond tip temperature might be over 1000°C if the circular grain contact radius of contact was less than a critical value.     

陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金的表面粗糙度研究

本文结合单因素实验和正交实验,研究了从低速到高速磨削条件下,砂轮速度、进给速度、磨削深度、最大未变形磨削厚度以及磨削方式(顺磨或逆磨)对陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响规律,分析了影响超细晶粒硬质合金表面加工质量的原因。研究表明,总体来说磨削参数的变化对超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响程度不大。高速磨削时的表面粗糙度相比低速磨削得到了比较明显改善。逆磨时的粗糙度比顺磨大,随砂轮速度增加下降更快。相比传统硬质合金,磨削WC颗粒更细、强度更高的超细晶粒硬质合金的表面粗糙度更低。磨削参数对表面粗糙度的影响程度从小到大依次是磨削深度、砂轮速度和进给速度,实际加工时为同时获得较高的磨除率和表面质量,宜采用高砂轮速度、低进给和大切深的磨削组合。     

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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