超高速预应力磨削实验研究

基于一种预应力切削方法及理论,进行了GCr15轴承钢预应力磨削实验,对磨削力进行了测量,并分析了加工后的工件表面形貌。实验结果表明:磨削力随砂轮线速度的增大而减小,随工件速度、磨削深度的增大而增大,但基本不受预应力的影响;随着预应力的增大,加工表面的残余拉应力逐渐下降,逐渐产生残余压应力,磨削烧伤程度和凹痕深度略微加深,但预应力在某一区间时,工件表面质量较好,且存在残余压应力,从而验证了超高速预应力磨削的可行性。     

TC4钛合金纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

目的 探究纵扭超声磨削工艺参数对TC4钛合金加工表面残余应力状态的影响规律,提高TC4钛合金的抗疲劳性能.方法 通过纵扭超声磨削力模型,对磨削过程中的机械应力和热应力展开理论分析,并进一步建立纵扭超声磨削表面残余应力模型,通过MATLAB仿真获取磨削加工残余应力分布状况.基于力-热耦合作用,建立纵扭超声单颗磨粒磨削有限元模型,分析磨削参数对残余应力的影响规律,并通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验,对模型的合理性进行验证.结果 TC4钛合金超声磨削加工表面残余应力为残余压应力,且该应力沿工件深度方向的分布曲线与"对号"相似.工件表面残余压应力起初随磨削深度增加逐渐增大,当磨削深度增加到8μm时,残余压应力达到最大值,为-488 MPa,之后随磨削深度的增加,呈现减小趋势.随磨削线速度的增大,残余压应力整体呈现减小趋势,随纵扭超声振幅的增大,整体呈现增大趋势.加工表面残余应力仿真与试验结果的平均误差为9.8％,且变化趋势具有一致性.结论 纵扭超声辅助磨削加工可有效消除加工表面的残余拉应力,并获得较为理想的残余压应力,进而显著提高TC4钛合金的抗疲劳性能.     

超声振动磨削纳米氧化锆陶瓷材料的磨削力及表面残余应力的研究

纳米陶瓷由于其相对于工程陶瓷优越的力学性能及物理特性,在各行业都有广泛的应用前景。采用超声复式加工方法,针对不同的磨削参数对纳米ZrO2陶瓷进行了普通和超声磨削实验,研究了磨削参数对磨削力的影响,并通过X射线衍射分析了在普通和超声磨削状态下对工件表面残余应力及纳米ZrO2陶瓷各晶相的影响。研究结果表明:利用超声振动磨削能有效减少磨削力,不同的磨削方式对纳米ZrO2陶瓷表面残余应力影响较大,采用普通磨削工件表面残余应力为拉应力,当超声振动方向平行于砂轮速度方向时,工件表面残余应力为压应力,振动方向垂直于砂轮速度方向时工件表面残余应力绝对值较小。     

超声干磨削对金属材料残余应力影响实验研究

采用电镀金刚石砂轮对45钢进行超声干磨削实验,研究了磨削深度、砂轮速度、工件速度和超声振幅对工件表面残余应力的影响。结果表明:在干磨削工况下,添加超声振动能增大表面残余压应力,磨削深度和工件速度的增加对增大残余压应力有益,而砂轮速度的增大将使残余压应力减小。     

齿轮钢30CrMnTi磨削强化试验

30CrMnTi钢广泛应用于齿轮的生产制造中,为提高齿轮的抗疲劳性能及探讨磨削工艺参数对其表面强化的影响,开展了齿轮钢30CrMnTi的磨削试验,分析了磨削速度和磨削深度对磨削表面强化层显微组织、强化层深度、表面显微硬度和强化层残余应力的影响规律。结果表明,齿轮钢30CrMnTi磨削加工后得到一定强化层,表面显微组织为针状马氏体、碳化物和少量残余奥氏体,且强化层马氏体组织由磨削表面到心部呈"细—较粗"的变化趋势,硬度先增大后减小,强化层深度随磨削深度或磨削速度的增大而增加,磨削后表面显微硬度提高2%~13%,随磨削速度降低或磨削深度增大而增大。磨削过程对残余应力的影响在表面表现为拉应力,沿层深向内逐渐转化为压应力。磨削表面残余压应力的值随磨削速度或磨削深度的增大而降低。通过合理的磨削参数可实现齿轮钢30CrMnTi的表面磨削强化。     

预应力干磨削加工40Cr工件表面微结构损伤

表面残余应力、表面烧伤、磨削裂纹等表面微结构损伤是评价零件表面质量的重要指标,直接影响零件的使用寿命,严重时造成零件失效。为研究预应力干磨削加工零件表面微结构损伤特征及规律,以40Cr材料为载体,开展预应力磨削加工试验研究,检测残余应力、硬度,并采用SEM、EDS等方法分析表面层形貌和化学成分。结果表明,试件加工表面存在淬硬现象,预应力对工件表层残余应力有较好的抑制作用,表层残余拉应力随磨削深度增大而增大,随预应力增大而减小。磨削深度对熔融涂覆及表面微裂纹损伤影响程度较大,磨削烧伤表面形成氧化膜会影响零件使用性能。预拉应力通过改变残余应力状态而对表面磨削微裂纹损伤起到抑制作用。     

陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金的研究

本文研究了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金的磨削力特征、砂轮磨损特征以及磨削表层的残余应力分布等。研究结果表明,采用陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金,不仅磨削比高,磨削力、摩削温度低,而且磨削零件表面可获得残余压应力。     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削下,工件表面粗糙度都低于普通加工,而超声振动辅助ELID磨削后的工件表面质量最高,相对普通磨削加工,超声振动辅助ELID磨削后的表面粗糙度降低了66％,相对于超声振动辅助磨削,超声振动辅助ELID磨削后,表面粗糙度降低了约41％.对工件表面进行残余应力测定发现,普通磨削加工后工件表面为残余拉应力,而超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削后的工件表面都产生了残余压应力,超声振动辅助ELID磨削后,工件表面的残余压应力高于超声振动辅助磨削约30％.普通磨削加工中,随磨削深度的增加,残余拉应力一直变大,而超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削的残余压应力总体呈现减小的趋势.在磨削深度达到22.5μm后,超声振动辅助磨削加工表面的残余压应力转变为残余拉应力.在超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削后,随超声振幅的增大,表面残余压应力增大,超声振动辅助ELID磨削表面的残余压应力随占空比的增大而增大.结论 超声振动辅助ELID磨削加工后,能得到更小的表面粗糙度及更大的表面残余压应力.     

20CrMnTi磨削表面质量试验研究

为了探讨磨削工艺参数对20CrMnTi磨削表面质量的影响,采用CBN砂轮开展单因素磨削试验,选取表面洛氏硬度H、表面残余应力σ_s和亚表面残余应力分布σ_ss作为指标,通过试验分析20CrMnTi的磨削加工特性。试验结果表明:相同条件下,H随着砂轮线速度v_s和磨削深度a_p的增大而减小,随着工件进给速度v_w的增大而增大,且a_p的影响最大、v_w的次之、v_s的最小;磨削后工件表面表现为残余压应力,压应力σ_s的大小(绝对值)随着v_w增大而增大,随着a_p增大而减小,随v_s增大呈现波动;磨削后工件的σ_ss随着a_p增大逐渐由压应力转变为拉应力,最后趋于0;在小v_s和较小a_p时,在相同亚表面深度情况下可以获得更大的压应力或者更小的拉应力。在本试验所讨论的参数范围内,v_s=60 m/s,v_w=1.045 m/s,a_p=3 μm时可以获得较高H和残余压应力以及较好的σ_ss,即20CrMnTi磨削加工质量较好。      

外圆纵向磨削工艺对18CrNiMo7–6钢表面完整性的影响

为了探究工件转速 n_w 、磨削深度 a_p和纵向进给速度 v_f等磨削工艺参数对18CrNiMo7–6钢表面粗糙度和表层残余应力的影响,用端面外圆磨床开展其单因素外圆纵向磨削试验。结果表明:随着n_w的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,当n_w为120 r/min时,R_a达到最小值,此时工件表面的残余压应力最大;当n_w大于120 r/min时,工件表面残余应力出现起伏。随着a_p的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,工件表面残余拉应力随着磨削深度的增大而增大。随着v_f的增大,工件表面粗糙度 R_a先减小后增大,当v_f为210 mm/min时,R_a值最小;且随v_f的增大,工件表面残余压应力逐渐减小,并最终转变为逐渐增大的残余拉应力。      

结构陶瓷磨削表面的残余应力

本文应用Ｘ射线衍射法就几种常用结构陶瓷磨削表面残余应力的形成机理，状态特征与磨削用量的关系进行实验研究。结果表明：磨削表面的残余应力由毛坯表面层原始应力σ０和磨削残余应力Δσ两部分组成。σ０受陶瓷材料、毛坯形状及烧结工艺的影响有较大的变化，Δσ的大小及拉压特性取决于陶瓷的磨削过程特征和磨削温度。     

高速磨削砂轮磨损对磨削表面质量的影响研究

基于陶瓷CBN砂轮对渗碳钢20Cr Mn Ti开展了高速外圆磨削试验。在外圆磨削余量和工艺参数固定的情况下对工件进行连续磨削,以工件上的磨除体积为砂轮磨损指标,考察了砂轮磨损对工件表面粗糙度、残余应力、表层金相组织和显微硬度变化的影响。实验结果表明工件表面粗糙度会随着砂轮磨损而上升,表面残余应力随着砂轮磨损逐渐呈现拉应力的趋势,磨削表面会出现回火软化变质层。该结果可为进一步研究高速磨削机理及优化工艺参数提供依据。     

超声磨削氧化锆陶瓷表面相变与残余应力特征实验研究

针对氧化锆陶瓷的易相变特点,通过对ZTA陶瓷和纳米氧化锆陶瓷进行对比实验,研究了氧化锆陶瓷磨削表面相变特性,分析了磨削表面的残余应力特征.实验结果表明,亚稳态四方相氧化锆的含量以及磨削应力是诱发氧化锆陶瓷产生马氏体相变的主要因素;陶瓷磨削过程中,砂轮的磨削深度越大、磨粒粒径越大,在材料基体中产生的磨削应力越大,从而马氏体相变率增大;纳米氧化锆陶瓷磨削表面产生的残余压应力值大于ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷.通过分析磨削参数对残余应力的影响,验证了马氏体相变可在一定程度上促进残余压应力的产生,从而提高磨削表面的质量.     

GH4169超声辅助磨削表面完整性研究

为研究超声辅助磨削对GH4169表面完整性的影响,开展GH4169超声辅助磨削与普通磨削加工试验,研究超声振动及磨削参数对其显微硬度、残余应力与微观组织的影响。结果表明:GH4169磨削表面层均产生加工硬化与残余压应力,并生成晶粒细化层;与普通磨削相比,超声辅助磨削增大其表面层显微硬度,同时增加其表面层残余压应力与晶粒细化层厚度。砂轮转速增加使显微硬度最大值先减小后增大,残余压应力与晶粒细化层厚度增加;磨削深度增加使显微硬度最大值、残余压应力与晶粒细化层厚度同时增加;且位错密度的变化趋势与显微硬度变化趋势一致。      

CBN砂轮磨削深度对渗碳淬火钢表面质量的影响

用CBN砂轮对渗碳淬火20Cr钢进行了磨削试验,研究了不同磨削深度对工件表面层硬度、残余应力、表面形貌及组织的影响.结果表明,工件表面质量是由砂轮磨削时产生的磨削力和磨削热对工件共同作用的结果,随磨削深度的增加,表层硬度逐渐降低,残余应力由压应力转化为拉应力;当磨削深度为0.15 mm时,工件严重烧伤,组织由回火马氏体转化为屈氏体,组织内部产生空洞,表面出现微裂纹.     

40Cr钢磨削淬硬层残余应力的试验研究

以平面磨削淬硬加工试验为基础,利用X射线应力测定仪对40Cr钢磨削淬硬层残余应力进行了研究.结果表明,磨削淬硬层表面均存在残余压应力,次表层出现最大残余压应力.随着磨削速度的提高、磨削深度的增加或工件进给速度的降低,磨削淬硬层表面残余压应力值相应减小,但最大残余压应力和应力作用深度相应增加.采用单程干式磨削淬硬可增加淬硬层的最大残余压应力及应力作用深度.     

高速磨削对18CrNiM07-6表面完整性的影响研究

目的对试件表面粗糙度和残余应力进行分析,为研究高速磨削齿轮材料表面完整性提供试验依据,并对齿轮材料高速磨削工艺进行深入探讨。方法选择以平面磨削为主要研究方式,根据Salomon理论和高速磨削理论,提出以单因素法对齿轮材料18CrNiMo7-6进行高速磨削工艺试验,试验变量为砂轮线速度、磨削深度和工作台速度,以此得到了高速磨削工艺参数与表面完整性(主要为表面粗糙度和残余应力)之间的关系。结果齿轮材料18CrNiMo7-6的表面粗糙度随砂轮线速度的增大、磨削深度和工作台速度的降低而得以改善,用三维粗糙度表征法可以准确地评定工件表面形貌。试验得到砂轮线速度对残余应力的影响最大,磨削深度次之,工作台速度的影响较小。除V_s=160 m/s外,经高速磨削的渗碳淬火18CrNiMo7-6试件表面残余压应力值得到提升。结论通过分析高速磨削对表面完整性的影响,可得到该研究材料的最优磨削参数组合为:V_s=120 m/s,V_w=4 m/min,a_p=0.02 mm。在此磨削参数下,试件的残余压应力值最大,将有利于提高试件表面完整性。     

C_f/SiC复合材料磨削表面的残余应力分析

应用X射线衍射法对C/SiC复合材料的磨削残余应力进行研究.结合抛光和热处理工艺,应用主应力之和的变化量确定磨削残余应力的分布.结果表明:SIC(422)晶面族比其它相和晶面更适用于复合材料残余应力的研究;熟塑性引入的残余拉应力作用于数微米的较浅表层深度内,但对磨削表面的残余应力起决定作用;冷塑性残余应力对应的作用深度较大;热塑性和冷塑性残余应力均可通过热处理方式得以消除.     

金刚石砂轮磨削单晶硅片面形变化规律

磨削减薄过程中,硅片表面产生亚表面损伤,其中的残余应力使硅片产生翘曲变形。因此,研究无光磨磨削时的硅片面形变化规律以评价其加工质量。使用金刚石砂轮无光磨磨削厚度400μm和450μm的硅片并测量其面形。将硅片面形数据从中心向边缘沿径向分割成5个环带,分别研究其面形拟合弯曲曲率半径变化。结果显示:从中心区域到边缘区域,硅片的变形量增大,说明无光磨硅片上的残余应力变大,即磨削加工损伤增大。同时,研究还发现晶向对硅片变形有显著影响,〈110〉晶向区变形与〈100〉晶向区变形差异明显。      

非调质钢48MnV磨削强化残余应力场的试验研究及有限元仿真

基于非调质钢48MnV的磨削强化试验,对其强化后试样的残余应力进行了测试。应用非线性瞬态有限元法计算了48MnV钢工件在移动热源作用下的温度场,然后应用热弹塑性有限元法计算了工件在热作用和磨削力耦合下的残余应力分布。结果表明,磨削强化表面存在残余压应力,并分析了存在压应力的原因;模拟结果与试验结果相比,误差在标准范围内。