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。     

柱面微透镜阵列的精密磨削

柱面微透镜阵列的加工精度要求高,加工效率低,采用具有微细轮廓结构的成形砂轮进行磨削加工能够极大地提高加工效率。为了预测成形砂轮磨削工件的面形误差和表面粗糙度,建立了成形砂轮磨削仿真模型。通过滤波方法分析和模拟微细结构成形砂轮的磨粒突出高度的偏态分布特征,结合实测的砂轮的轮廓形状和跳动完成了整体的空间砂轮的重构,同时建立了砂轮表面磨粒的磨削运动学模型,模拟出工件磨削加工后的表面形貌。最后,开展磨削实验验证了仿真模型的有效性。对比仿真与实验结果可知,面形误差PV值的偏差为5.78%,Ra值的偏差为17.3%,Rz值的偏差为12.9%。该磨削仿真模型能有效预测磨削表面的面形误差和表面粗糙度。     

杭机的强力成形磨床及应用

强力成形磨削技术是一项先进的工艺技术，它是砂轮线速度保持常规磨削情况不变而加大切深量、工作台作缓速运动、一次进给的磨削方法。其工艺特点：（1）有大的切削深度，砂轮一次切入量可达几毫米到十几毫米；（2）缓进给的速度，由于磨削深度大，磨削力和磨削热都很大，限制了工件的送进速度，一般纵向进给速度为30～250mm／min；（3）强迫冷却。因为磨削切削深度大，砂轮同时工作的磨粒多，每一个磨粒都是一个切削刃，且由于切削长度长．切屑成丝状会属．     

砂轮技术的新进展

随着工业的快速发展,对机械零件的加工精度及表面粗糙度等的要求日益提高,所以磨削加工显得更为重要。砂轮是磨削加工的工具,因此世界各工业发达国都投入较大力量对砂轮进行研究。＊砂轮粒度向细化发展由于加工精度的提高,砂轮粒度正向着细化方向发展。精密和超精密磨削的关键是最后一道工序,要从工件表面上除去一层小于或等于工件最后精度等级的表面层。因此,要实现精密或超精密磨削,首先要减少磨粒单刃切除量,而使用微细或超微细微粉的砂轮是减小单刃切除量的最有效途径。日本镜面磨削时使用的砂轮粒度为4000#～8000#,其微粉的平…     

叶序排布超硬磨粒砂轮滚磨结构化沟槽表面的仿真

基于生物学的叶序排布理论设计了叶序排布超硬磨粒砂轮,并提出了应用该砂轮滚磨外圆表面结构化沟槽的方法。对叶序排布超硬磨粒砂轮的滚磨加工过程进行运动学仿真研究,获得了磨削参数的变化对磨削区域结构化沟槽表面形貌的影响规律。仿真结果表明:砂轮与工件之间的转速比决定了沟槽的数量,且转速比越大沟槽间距越小;轴向进给速度越小,加工出沟槽表面的表面波纹度越低,当轴向进给速度超过临界轴向进给速度时,将无法形成沟槽表面;磨削深度越深,磨痕截面尺寸越大,磨痕长度越长。     

纳米结构陶瓷涂层磨削力的研究

对纳米陶瓷涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力(包括单位磨削面积磨削力和砂轮单颗磨粒磨削力)进行了研究,分析了砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮磨粒尺寸以及粘结剂类型等磨削参数对磨削力的影响规律.     

球轴承外圈沟道ELID成形磨削工艺参数优化

为了优化球轴承外圈沟道ELID(Electrolytic In?process Dressing)成形磨削工艺参数,通过多因素正交试验研究了ELID成形磨削过程中磨削参数和电解参数对砂轮磨损和工件表面粗糙度的影响规律,综合砂轮径向磨损量和工件表面粗糙度两个指标对磨削试验进行了综合评估.结果表明,磨削参数中的径向进给速度对砂轮径向磨损量的影响最大,砂轮转速对工件表面粗糙度影响最大;电解参数中的占空比对砂轮径向磨损量的影响较大,电解电压对工件表面粗糙度影响较大;砂轮转速为18000 r/min,工件转速为100 r/min,径向进给速度为1μm/min,占空比为50％,电解电压为90 V(6.7Ω)时,综合效果最优.     

国内外超高速磨削的现状

将磨床的砂轮圆周速度提高到一个相当高的数值(100～200m／s)，从而完成对工件进行磨削加工的过程，称为超高速磨削加工。对于实现超高速磨削所带来的技术上的革命和经济效益，一直倍受世界各国的重视。     

高速钢材料的粗金刚石砂轮轴向进给数控磨削机理研究

根据正交试验确定了影响高速钢材料的粗金刚石砂轮轴向进给数控磨削表面粗糙度值Rα的最主要因素是进给速度Vfo。在此基础上，进行进给速度巧单因素数控磨削实验，对数控磨削后表面粗糙度值进行了分析。分析结果表明，要用粗金刚石砂轮进行轴向精密加工，采用具有较多的磨粒数且磨粒均匀分布在轴向和周向的砂轮和采用较低的进给速度对精密加工更有利。     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

应用超硬大磨粒金刚石砂轮实现BK7光学玻璃的超精密磨削

首先以91μm磨粒杯形铜基金刚石砂轮作为修整器并结合砂轮在线电解修锐技术(ELID,Electrolytic in- process dressing)对151μm磨粒电镀镍基单层金刚石砂轮进行精密高效的修整。在最佳的修整参数下,同时应用测力仪对两个砂轮间磨削力进行监测,并应用共轴光学位移检测系统对砂轮表面状态进行在位监测,151μm砂轮的回转误差被减小至1～2μm范围,同时砂轮上所有金刚石磨粒被修整出平坦表面并拥有恒定的圆周包迹,此时砂轮达到最佳工作状态。然后应用被良好修整的砂轮对光学玻璃BK7进行磨削加工。磨削试验结果和亚表层完整度评价结果表明新开发的大磨粒金刚石砂轮修整技术的可行性,也验证大磨粒金刚石砂轮只要经过精密修整是可以应用于光学玻璃的延展性超精密磨削加工的,并能实现纳米级的表面粗糙度,显示出大磨粒金刚石砂轮在加工难加工材料和硬脆材料中的良好应用前景。     

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。     

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。     

单晶硅反射镜的超精密磨削工艺

为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工,研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征,并对单晶硅进行了超精密磨削试验,研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后,采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100mm×5mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明,超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10nm,亚表面损伤深度小于100nm,磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1μm减小到1.5μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。     

砂轮修整器在磨床上的应用

每一台内外圆或者专用磨床都会有一套对本身砂轮进行修整的砂轮修整器。砂轮在对工件进行磨削时,砂轮磨削区的温度大约在1000℃左右,磨粒磨削点的温度也有几百度。在磨削过程中砂轮磨损经过磨耗磨损、磨粒磨损、脱落磨损三个周期以后,在它的表面会形成砂粒蜕化不锋利,并且还留下许多磨削颗粒堵塞砂轮气孔,这样就难以对工件进行磨削加工。     

液压滚动式砂轮修整装置

针对淬火导轨成形磨削时的轨面波纺是砂轮修整装置存在运动间隙的问题，分析磨削加工的特点及工件表面质量与砂轮修整质量的关系，提出采用淬 滚动砂轮修整装置消除运动间 方法及其应用。     

双砂轮磨削的新进展

双砂轮磨削是加工侧面平行的板形工件的高效，高精度加工方法。两个对置砂轮安装在各自的主轴上，可同时磨削工件上的相对的平行侧面，而工件通过不同的装夹和运载技术在砂轮之间移动。由于双砂轮磨削一次通过的金属去除率可达３．１２５ｍｍ，并可对多个工件的两端同时进行磨削，故其生产率一般可比平面磨削高出一倍。     

ZC1蜗杆精密磨削加工

基于成形砂轮对工件进行磨削加工的原理,应用空间啮合理论对ZC1蜗杆磨削过程进行理论推导,得出了唔合线方程和砂轮轴向截形的数学模型,利用MATLAB软件计算出砂轮的轴截形并利用此截形数据在配有CNC砂轮修整器的数控螺纹磨床上对砂轮进行修型,用修型好的砂轮磨削工件从而实现对蜗杆的精密加工.     

镶块式砂轮缓进给强力磨削

缓进给强力磨削具有加工效率高、加工质量好等特点。但因工件与砂轮的接触弧长,所以同时进行磨削的磨粒多,总的磨削力大,且每颗磨粒的实际切削距离也长,使磨粒的磨削刃易变钝、易磨耗;更为严重的是由于砂轮与工件的接触弧长,磨削热很高,且润滑冷却液难以注入磨削工作区,容易造成工作区内的冷却液沸腾,被加工表面受水蒸气遮蔽而使导热更为不良,造成工件表面温度急剧上升,产生磨削烧伤。为了解决这一关键问题,日本“机械的研究”杂志(40卷第1号)报道,把斜楔状的m个砂轮块,均匀固定在铝制的轮缘上,作成如图所示的镶块式砂轮,用它进行缓进给强力磨削。与通常使用的砂轮进行磨削对比试验,试验结果表明:镶块式砂轮用于缓进给磨削,因接触弧长,间断磨削的缺点就会得到改     

切入进给速度与金属切除率

切入磨削法是外圆磨床应用较多的一种磨削方法。它又称定进给磨削法、横磨法和等速切入法,见图1。磨削时,砂轮工作面上的磨粒负荷基本一致。在一次磨削循环中可分为粗磨、精磨和光磨。因为生产效率比较高,所以在大批量生产中得到了广泛地应用。但由于砂轮与工件无相对轴向运动,磨粒在工件上的切痕交错重复的机会较少,因此,加工后工件表面粗糙度差于纵向磨削法,适于加工表面为(?)7～9的范围。