SiC_p/Al超声辅助磨削工艺参数对加工表面质量影响研究

为了研究磨削工艺参数对SiC_p/Al复合材料加工表面质量的影响,采用超声辅助磨削的方法加工SiC_p/Al工件。考虑主轴转速、进给速度和磨削深度的常用取值范围,设计了16组实验,超声辅助磨削SiC_p/Al工件后,测量了工件的表面粗糙度、表面破碎率、轮廓偏斜度和轮廓陡峭度,分析了3个工艺参数对4个表面质量评价指标的影响,得到了4组加工工艺参数的最优组合。结果表明,主轴转速对4个参数的影响程度都最大,4组工艺参数的最优组合相差较大。在所选的工艺参数范围内,使工件表面粗糙度对较低的最优组合为A_4B_1C_1,即转速为7 000r/min,进给量为10mm/min,磨削深度为10μm的磨削工件表面。     

钛合金超声椭圆振动辅助车削实验研究

设计钛合金超声椭圆振动辅助车削实验,获得不同超声波电源电压下刀具近似椭圆运动轨迹。分析超声椭圆振动辅助车削切削力变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削能在较大程度上降低切削力。研究超声椭圆振动辅助车削工件表面粗糙度变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削工件表面粗度Ra值略增大,Rz值明显降低。分析进给速度对切削力的影响规律,随进给速度增大,普通车削及超声椭圆振动辅助车削切削力均升高。对同一进给速度,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削切削力均降低,且随进给速度增加其降低幅度减小。对比超声椭圆振动辅助车削与普通车削工件表面形貌发现,施加超声椭圆振动后工件表面沿切削速度方向形成有规律振纹。     

轴向超声振动磨削硬脆性材料表面粗糙度建模研究

假设磨粒切削沟槽轮廓截面为一系列顶角等于磨粒的锥顶角、深度服从瑞利分布的三角形,并考虑磨粒运动轨迹重叠效应的影响,建立了轴向超声振动磨削硬脆性材料的表面粗糙度模型。以K9光学玻璃为实验材料,对比分析了未考虑和考虑了磨粒运动轨迹重叠效应的表面粗糙度模型的拟合精度,结果表明:后者表征超声磨削表面粗糙度更接近实验结果,且超声磨削表面粗糙度模型反映的磨削参数和振动参数对表面粗糙度的影响趋势与实验结果相一致,从而验证了所建模型的正确性和有效性。     

碳纤维复合材料超声辅助磨削加工表面质量影响因素及交互作用研究

碳纤维复合材料属于典型的难加工材料。为了改善超声辅助磨削加工碳纤维复合材料的表面质量,选取表面粗糙度(Ra)与磨削力(Fz)作为研究对象,主轴转速(A)、进给速度(B)、磨削深度(C)、工具粒度(D)这几个关键的工艺参数作为优化变量进行超声辅助磨削试验。结合响应面分析法,建立能够较好反映各优化变量对Ra和Fz的预测回归模型。通过方差分析和建立的响应面3D图,得出各参数及其交互作用对响应变量影响的显著性及其影响规律。借助Design Expert软件优化后得到在考虑这些交互作用下的最优工艺参数组合为:A=4500 r/min,B=8 mm/min,C=0.1 mm,D=275 um。     

弹性磨具磨削M330钢材实验研究

为提高球头弹性磨具磨削M330钢材的加工效率和磨削效果,采用#600球头磨具进行磨削M330钢材实验.通过设计正交实验,研究了不同磨削参数时M330试样的表面形貌和材料去除机理,并得到了初步优化参数.通过单因素实验进一步优化了工艺参数.实验结果表明:增大球头磨具直径、供液速度及减小进给速度,均能降低表面粗糙度;磨削后试样表面粗糙度随设定磨削深度的增加先减小后增加;采用的高速供液法能显著降低试样表面粗糙度,有效改善球头磨具表面的切屑黏附现象;采用高速供液后,可在保证磨削质量的前提下提高进给速度;主轴转速越高,对应最佳供液速度越高.实验得出的不同主轴转速下对应的最佳供液速度为使用MOORE-450CPW连续轨迹坐标磨床进行的磨削加工提供了参照依据.     

工程陶瓷高效平面磨削表面波纹度试验研究

 以氧化铝和氧化锆两种工程陶瓷在高效磨削条件下的磨削振动和表面波纹度为研究对象,概述了磨削表面波纹度的定义和评价方法以及产生波纹度的原因,在超高速平面磨削实验台上进行磨削工艺试验,通过改变砂轮线速度、进给速度和磨削深度,分析了磨削参数对零件表面波纹度的影响。在试验研究的基础上,对磨削表面波纹度的影响因素和机理进行分析和讨论。试验结果表明,在陶瓷材料高效平面磨削中,砂轮线速度和进给速度是影响磨削颤振与表面波纹度的主导因素。在如120 m/s的较高砂轮线速度时,磨削过程振动主要是由强迫振动引起,工件表面质量好于低速情况。在保证较高磨削效率的前提下,陶瓷材料的高效磨削更适合在大切深和小进给速度条件下进行。     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模EI北大核心CSCD

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

石英玻璃微流道超声振动磨削加工及流动阻力特性研究

石英玻璃微流控芯片在医学诊断、生化分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景,高性能石英玻璃微流道的加工质量直接决定微流控芯片的使用性能。本工作采用超声振动磨削加工技术对石英玻璃微流道进行高效精密加工,首先研究了主轴转速N、进给速度v_f、磨削深度a_p和超声功率P对微流道表面质量和形状精度的影响,然后对超声振动磨削工艺参数进行优化,最后测试微流道的水流阻力,研究微流道水力直径对其流动阻力特性的影响。超声振动磨削加工实验结果表明：石英玻璃微流道的表面粗糙度R_a可达较小值0.191μm,形状精度RMS值和PV值分别达到3.332μm和23.783μm,并且微流道表面形貌完整,底部微观表面光滑,边缘整齐无明显崩边。流动性测试实验结果表明：石英玻璃微流道内流动摩擦阻力系数随雷诺数和水力直径的增大而减小,因此设计微流道时应尽量选择较大的水力直径,并且适当增大流速。     

施振方向对超声辅助铣磨氧化锆陶瓷的影响

为研究不同方向的超声振动冲击对铣磨加工氧化锆陶瓷的影响规律,基于压痕断裂力学模型,理论分析对工件施加平行和垂直于进给方向的振动时磨粒加工过程,开展不同参数下的磨削试验并对其加工后表面进行检测分析。结果表明:平行施振时工件受到的轴向力F_z和材料去除率(MRR)较之于垂直施振大,但垂直施振方式下工件表面粗糙度Ra更小;在所研究的加工参数中,施振方向是影响工件表面粗糙度的最显著因素;另外,不同施振方式下材料主要去除方式有所差异。     

超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的实验研究

针对现有全锆牙在制作过程中存在二次烧结、收缩精度难以控制等问题,提出了采用超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的方法。从理论分析的角度对其运动学特性进行了研究,并通过超声振动辅助磨削和普通金刚石磨削实验,对该方法的可行性进行了分析。结合牙冠的加工特点,重点研究了主轴转速对材料去除率、表面粗糙度以及最大边缘碎裂的影响规律。实验结果表明,超声振动辅助磨削不仅能提升材料的去除率,有效抑制出口边缘碎裂,同时降低了工件表面的粗糙度,是实现完全烧结氧化锆陶瓷牙冠高效低损伤加工的新方法。     

反应烧结碳化硅的磨削特征

采用金刚石砂轮对(RBSiC)进行磨削, 系统研究了表面形貌、残余应力和弯曲强度等磨削特征. 结果显示, 材料主要以脆性断裂去除, 局部区域为塑性切除. 随着轴向进给增大, 表面粗糙度(R_a)增加, 为降低R_a可进行适当光刀. 随着轴向进给增加, 磨削区的冷却效果被削弱, 使磨削残余压应力值下降. 与0.9 μm/s相比, 用1.35 μm/s磨削后试样的表面损伤程度增加. 工作台转速2.1 r/min、轴向进给0.9 μm/s并光刀1 min是保证高加工效率并获得较好质量表面的最优参数.     

二维超声振动辅助化学机械磨削技术及单晶硅实验

为了提高材料去除率和加工通用性,本文提出了工具施加二维超声波振动辅助的化学机械磨削(CMG)复合加工方式,开发具有伸缩和弯曲两种模态的二维超声波振动子及实验装置.以单晶硅片为加工对象,进行单点切削加工轨迹特性分析,并比较不同加工模式以及加工参数对表面粗糙度和材料去除率的影响.实验结果表明,二维超声辅助下的单点切削轨迹存在更多延性加工趋势.在同样普通机床精度条件下,随着时间的增加,二维超声辅助CMG表面粗糙度明显改善,达到纳米级.较无超声情况下二维超声波辅助CMG复合加工材料去除率提高约1倍,可获得最优表面粗糙度5 nm,一维径向超声辅助加工结果次之.     

微磨削与超声振动复合加工技术研究现状与展望

微细切削技术是传统加工工艺向微观尺度的延伸,在微加工领域具有重要的作用,尤其适用于三维零件及微结构的加工。与其他微细切削技术相比,微细磨削技术具有加工零件棱边精度高、适于硬脆性材料加工等优势,但其存在加工效率低、磨削热量大、微砂轮易磨损等缺陷。已有研究表明,于机械加工辅加超声振动的复合加工技术可有效降低切削力、切削温度,增大脆性材料脆-塑转变临界切削深度,改善加工表面质量等。因而超声振动辅助微磨削技术被认为是一种可有效解决微磨削加工现存缺陷的技术。主要从微磨削技术研究现状、尺寸效应机理研究、脆性材料塑性域去除机理研究、超声振动切削实验研究、超声振动切削断续切削机理研究及微磨削动态有效磨刃密度建模研究六个方面,对微磨削技术及超声振动辅助切削技术相关领域研究进行综述,并探讨超声振动辅助微细磨削技术加工机理研究及未来发展需注重解决的问题。     

多线切割工艺对单晶锗损伤层及几何参数的影响

本工作集中研究磨料粒径、进给速度及切割线径对单晶锗片损伤层及几何参数的影响。结果表明:在切割过程中,磨料粒径与锗片损伤层深度及表面粗糙度呈正比关系,采用3 000#磨料切割时,损伤层深度为6μm,表面粗糙度为0.285μm;进给速度的降低会降低锗棒在切割过程中的温度变化,从而降低锗片的几何参数;采用3 000#碳化硅微粉,100μm/min进给速度,0.09 mm切割线的切割工艺,能够获得表面质量优异、几何参数小、切割损耗小的锗片。     

超声振动辅助磁粒研磨技术的研究进展

超声振动辅助磁粒研磨技术是在磁粒研磨的基础上增加了超声波振动功能，可以在短时间内将表面抛光至纳米级别，因其具有辅助研磨效果佳、可控性和适用性好等优点，在越来越多的领域得到了应用。首先对超声辅助磁粒研磨加工技术的发展概况进行了简要介绍，分别从表面粗糙度、材料去除率、显微组织和残余应力等方面进行了重点分析和总结。其次，超声振动工艺参数是影响研磨效果的重要因素，优化选取振幅、振动频率、主轴转速以及磨料粒径等工艺参数可以明显提高研磨效果。此外还要考虑合适的加工时间和加工间隙，从而对复杂曲面进行精密研磨。最后，提出了超声振动辅助磁粒研磨加工技术研究中存在的一些缺陷，并对其未来的发展趋势进行了展望。     

纵-弯复合振动超声挤压加工试验研究

为研究挤压加工时静压力、进给量和挤压速度等工艺参数对试件表面质量的影响,在挤压加工中引入纵-弯复合振动后对Q235钢轴件端面进行处理,并与普通挤压加工进行对比,基于正交试验结果构建了挤压加工后表面粗糙度和表面里氏硬度二次回归预测模型.试验发现:在相同加工工艺参数下,在普通挤压加工中引入纵-弯复合超声振动后获得的表面粗糙度Ra值更小,而表面里氏硬度值显著提高;采用两种挤压加工方法后工件表面粗糙度Ra值均随着静压力和进给量的增加而增大,而挤压速度的影响很小,进给量对表面粗糙度的影响最为显著;工件经超声挤压加工时静压力越大,则获得的表面硬度越大,且表面硬度随进给量的增大先增大后减小,而普通挤压加工后表面硬度随静压力和进给量的增大先增后减,且在两种加工方式下工件表面硬度基本不受挤压速度的影响.纵-弯复合振动超声挤压加工工艺适合Q235钢表面强化处理,构建的表面粗糙度和硬度的预测模型可用于指导Q235钢表面强化处理工艺生产.     

不同振动方式下的钛合金超声振动铣削表面完整性研究

钛合金在机械工程领域应用广泛,其加工表面完整性对钛合金工件的耐磨性、疲劳强度、使用寿命有着非常重要的影响。通过对工件施加不同振动方向的超声振动,开展了不同振动方向下的TC4钛合金超声振动侧铣平面试验,分析了不同振动方式的运动学轨迹特征,研究了振动方式、切削参数对钛合金加工表面完整性的影响规律。结果表明:法向振动铣削后的表面形貌变形程度、表面粗糙度均大于切向振动和轴向振动;随振幅的增大,法向振动铣削和切向振动铣削表面粗糙度呈上升趋势,轴向振动铣削呈下降趋势;法向振动铣削的表面显微硬度大于轴向振动铣削与切向振动铣削,当振幅大于3.5μm时随着振幅的增加三者都呈现出减小的趋势。法向振动铣削的表面残余应力均大于轴向振动铣削和切向振动铣削,振幅为3.5μm时的残余应力均大于振幅为5.4μm时的残余应力。与普通铣削相比,超声振动铣削能够提高加工表面的显微硬度和残余压应力,对于改善工件的耐磨性和抗疲劳性具有重要的作用。     

反应烧结碳化硅磨削参数优化及机理研究

针对反应烧结碳化硅(RB-SiC)的磨削工艺参数及其磨削机理进行研究.着重分析了磨削工艺参数对反应烧结碳化硅材料的表面粗糙度Ra、磨削效率和显微硬度以及磨削后陶瓷表面形貌的影响并确定最佳磨削工艺参数.最佳磨削条件为磨削深度0.47μm/s、工作台速度2.5 r/min和光磨时间5min.磨削后碳化硅Ra最低(Ra＜100 nm),加工硬化变质层较小,表面完整性较好.同时对反应烧结碳化硅的磨削机理进行研究,确定其是以脆性断裂为主的材料去除方式,其形式包括晶粒去除、材料剥落、脆性断裂等.     

反应烧结碳化硅磨削参数优化及机理研究

针对反应烧结碳化硅（RB-SiC）的磨削工艺参数及其磨削机理进行研究。着重分析了磨削工艺参数对反应烧结碳化硅材料的表面粗糙度Ra、磨削效率和显微硬度以及磨削后陶瓷表面形貌的影响并确定最佳磨削工艺参数。最佳磨削条件为磨削深度0．47μm／s、工作台速度2．5r／min和光磨时间5min。磨削后碳化硅Ra最低（Ra〈100nm），加工硬化变质层较小，表面完整性较好。同时对反应烧结碳化硅的磨削机理进行研究，确定其是以脆性断裂为主的材料去除方式，其形式包括晶粒去除、材料剥落、脆性断裂等。