钎焊CBN砂轮与陶瓷CBN砂轮磨削粉末冶金高温合金的加工性能对比研究

采用钎焊CBN砂轮和陶瓷CBN砂轮进行FGH96粉末冶金高温合金磨削对比试验,从磨削力与温度、表面粗糙度以及砂轮磨损等方面对CBN砂轮磨削性能进行评价。结果表明:钎焊CBN砂轮磨削力接近或低于陶瓷CBN砂轮的; 在较低进给速度下(≤360 mm/min),钎焊CBN砂轮磨削温度与陶瓷CBN砂轮的相近,在较高进给速度下(≥540 mm/min),陶瓷CBN砂轮的磨削温度明显高于钎焊CBN砂轮的; 在正常磨削条件下,钎焊CBN砂轮磨削后工件的表面粗糙度低于陶瓷CBN砂轮的,且表面粗糙度R_a均在0.800 μm以下,平均表面粗糙度R_a分别为0.508 μm和0.529 μm。钎焊CBN砂轮工作面磨粒发生材料黏附、磨耗磨损,磨削表面出现材料涂覆等现象;除磨耗磨损、黏附和砂轮堵塞外,由于磨粒破碎和脱落,陶瓷CBN砂轮易在其磨削表面形成深沟槽,降低磨削表面质量。综合分析发现,钎焊CBN砂轮磨削FGH96的性能要优于陶瓷CBN砂轮的。      

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。      

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

基于超细硬质合金磨削过程的机床能耗研究

以机床磨削超细硬质合金为研究对象,对磨削加工时各种运行状态下的功率、不同磨削参数下的磨削比能及磨削有效加工能效进行研究。结果表明:空载运行的功率占据了磨床总磨削功率的92%;磨削比能e_s随砂轮线速度v_s的增大有小幅度增大,随磨削深度a_p和工件进给速度v_w的增大而减小,其中v_w对e_s影响最大,a_p次之,v_s最小。磨削有效加工能效η随v_s、a_p及v_w的增大而增大,其中a_p对η影响最大,v_s次之,v_w最小。因此,为了降低磨削能耗,在实际磨削加工超细硬质合金时,应尽量缩短载运行时间。在保证加工质量的前提下,应选择较大的a_p和v_w。      

钎焊磨头修整量化及磨削性能研究

基于有效磨粒数的概念和表面粗糙度的计算方法,分别提出有效修整率N_r和修整离散度H等2种表征指标来评价磨粒表面形貌变化特征。分析磨头修整过程中N_r和H的变化规律,并与修整后磨削碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)的表面粗糙度以及磨削力建立联系。试验结果表明:N_r可以有效表征磨头磨粒的修整状态,反映磨头的钝化程度;H可以有效表征磨头磨粒的等高性,可以通过H预测CFRP表面的加工质量。当H处在18～25 μm时,磨头具有最好的工件磨削表面质量,并且在这阶段磨头磨削力增长幅度较小,磨头磨削能力较好。      

刚玉砂轮缓进深切磨削K444镍基高温合金研究

为评价K444高温合金的磨削加工性能,采用棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮进行磨削试验,对比分析其磨削力、磨削比能、磨削工件的表面形貌和表面粗糙度以及砂轮磨损。结果表明:相比于白刚玉砂轮,棕刚玉砂轮的磨削力更小,磨削后工件表面粗糙度低,其表面粗糙度R_a在0.206～0.455 μm,更易获得光滑的磨削表面。对表面粗糙度的敏感度分析发现:2种刚玉砂轮对切深a_p最敏感,其次是工件进给速度v_w,对砂轮线速度v_s敏感度最小;棕刚玉砂轮磨削K444高温合金的砂轮磨损程度更低,当材料去除率R_MRR处于0.3～1.0 mm3/(mm·s)时,2种砂轮的磨损比在1.36～1.40。      

纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤及其试验研究

目的 探究纵扭超声辅助磨削工艺参数对氮化硅陶瓷亚表面损伤的影响规律。方法 首先,建立纵扭超声振动下单颗磨粒的切削轨迹及其切削弧长模型,分析纵扭超声辅助磨削独特的加工机理。其次,考虑砂轮表面磨粒的随机分布特性,并基于硬脆材料脆塑转变特性及其临界转角界定,给出纵扭超声辅助磨削单颗磨粒未变形切屑厚度的概率学模型,进而建立纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的平均法向磨削力模型。最后,建立纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤深度模型,并进行试验验证。结果 纵扭超声振动的引入增大了纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的切削弧长,减小了单颗磨粒平均未变形切屑厚度,降低了单颗磨粒的法向磨削力,最终降低了氮化硅陶瓷亚表面损伤的深度,获得了较好的氮化硅陶瓷表面加工质量。氮化硅亚表面损伤深度随着超声振幅的增大而降低,当超声振幅为6μm时,亚表面损伤深度为5.65μm,相较于普通磨削亚表面损伤深度降低了33.6%。理论模型预测结果与试验结果趋势一致,预测结果与试验结果的最大误差为13.38%,平均误差为8.34%,因此该模型能够为氮化硅实际加工中亚表面损伤深度的预测提供一定参考。结论 纵扭超声辅助磨削能够有效降低氮化硅陶瓷...     

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。      

立方氮化硼砂带磨削性能的研究

用相同粒度的CBN与刚玉砂带,分别磨削45号钢,分析并比较其磨削性能。结果表明:CBN砂带磨耗比为210.4,刚玉砂带磨耗比为18.9,CBN砂带耐磨性远远高于刚玉砂带;CBN砂带加工工件的表面质量要优于刚玉砂带,但两者磨削工件的表面粗糙度R_a相差不大,分别为0.127 μm、0.128 μm;CBN砂带磨料出刃高,初始磨削效率高;刚玉砂带树脂结合剂硬度低,磨削60 min后基本丧失了磨削能力,而CBN砂带金属镍结合剂与磨料硬度有很好的匹配性,180 min后仍能保持28.2 g/h磨削效率。      

微晶刚玉砂轮磨削钛合金TC17磨削力研究

针对航空发动机常用材料钛合金TC17,采用白刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮开展磨削试验,研究微晶刚玉砂轮对工件表面质量和磨削力大小的影响规律。试验结果表明:微晶刚玉砂轮磨削后工件表面质量更好,表面粗糙度值降低0.14 μm,磨削力降低10%左右。针对微晶刚玉砂轮进行磨削参数对磨削力影响规律的单因素试验,从磨削力角度分析微晶刚玉砂轮磨削钛合金的合理工艺参数。综合磨削力与加工效率因素,确定磨削钛合金TC17的合理参数为:砂轮线速度v_s=27 m/s、磨削深度a_p=0.01 mm、工件进给速度v_w=12 m/min;对磨削力试验数据进行多元线性回归分析,建立了法向磨削力和切向磨削力的回归模型。      

CBN磨料特性对树脂砂轮磨削性能的影响

对6种不同CBN磨料的静压破碎负荷、冲击韧性（TI）和热冲击韧性（TTI）的数据进行分析研究,并分别制作成树脂结合剂砂轮。针对不同材料工件进行磨削,研究不同CBN磨料制作的砂轮磨削铸铁、高速钢、不锈钢和氮化不锈钢等材料的磨削比。实验结果表明:同样结合剂和工艺条件下,不同CBN磨料制作砂轮的磨削比相差较大;树脂CBN砂轮对铸铁和高速钢材料的磨削比相对较高,但对不锈钢和氮化不锈钢材料的磨削比低;CBN-B1500和CBN850磨料对几种工件材料的磨削性能相对较好。树脂CBN砂轮中磨料靠结合剂机械嵌合力把持,因此具有粗糙表面和适中静压破碎负荷的CBN磨料是较优选择。      

基于开放孔隙的钎焊CBN多孔砂轮研制与磨削加工性能

为解决钛合金磨削过程中存在的加工效率低、工具寿命短、加工表面质量差等问题,采用冷压成型和高温钎焊技术研制集孔隙率高、耐磨性好和自锐性能优异等特点于一体,基于开放孔隙的钎焊CBN多孔超硬磨料砂轮。完成该砂轮的开放孔隙结构设计与制备,开展钛合金磨削加工性能和磨损试验研究,分析磨削用量参数对钛合金加工性能的影响规律,揭示其自锐性能以及其对工件表面质量的影响。结果表明:当CBN砂轮孔隙尺寸和孔隙率分别为0.6～0.8 mm和40%时,砂轮工作层节块能获得较优的力学性能和较大的容屑空间;与磨削速度30 m/s相比,当磨削速度为80 m/s时,多孔CBN砂轮拥有更为稳定的磨削力比,处于1.5～2.2;随着累计材料去除体积的增大,砂轮表面动态有效磨刃数趋于一致,加工表面粗糙度快速降低并逐渐稳定。      

树脂金刚石砂轮加工氧化铝陶瓷的磨削工艺试验研究

为改善氧化铝陶瓷的磨削效果,分别使用粒度尺寸125~150 μm和38~45 μm的金刚石制备树脂结合剂砂轮,并进行磨削实验,研究表面粗糙度、材料去除方式和材料去除比例随磨削参数的变化规律,观察并分析氧化铝陶瓷磨削后的表面微观形貌。结果表明:氧化铝陶瓷的表面粗糙度可以达到R_a 0.418 μm,材料去除比例可达到95%;用粒度尺寸38~45 μm的金刚石制备的树脂结合剂砂轮在切深≤ 2 μm,工件移动速度为0.15 m/min加工时,材料由延性域的塑性去除转变为脆性去除。优化后的加工工艺为先以磨料粒度尺寸125~150 μm的树脂金刚石砂轮在切深为4 μm时进行初步加工,再用磨料粒度尺寸38~45 μm的树脂金刚石砂轮进行光磨,可以兼顾高效与精密两方面的要求。      

小直径砂轮超声振动磨削SiC陶瓷的表面质量研究

用小直径砂轮超声振动磨削和普通磨削加工SiC陶瓷零件,对比研究砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对其磨削表面质量的影响。结果表明:与普通磨削相比,超声振动磨削的磨粒轨迹相互交叉叠加,工件表面形貌更均匀,表面质量更好。由于超声振动时的磨粒划痕交叉会使磨粒产生空切削,因而降低了其磨削力,使磨削过程更加稳定。超声振动磨削的表面粗糙度和磨削力随砂轮线速度和超声振幅的增加而降低,随工件进给速度和磨削深度的减小而降低。且砂轮线速度、工件进给速度较小时,超声振动磨削的效果更明显。      

单层钎焊立方氮化硼砂轮工作面磨粒包埋深度的确定

以Ag-Cu-Ti合金为钎料在真空炉中实现了CBN磨粒与45钢基体的钎焊连接，运用红外光谱仪测试了钎焊磨粒内部的残余应力，分析了最大残余拉应力对磨粒强度的影响，据此优选了钎焊CBN砂轮工作面上磨粒的包埋深度。结果表明：当包埋深度不同时，尽管钎焊磨粒内部的残余应力分布差异较大，但最大残余拉应力始终位于磨粒与钎料顶层截面的边缘位置，并且最大残余拉应力与包埋深度不存在线性关系；为提高钎焊CBN磨粒强度和确保砂轮容屑空间，磨粒包埋深度应控制在其自身高度的30％-40％之间。     

微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征

在不同磨削深度、砂轮转速和进给速度组合下,研究微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷过程的磨削力及工件的表面粗糙度的变化规律,并筛选出低磨削力和低工件表面粗糙度的加工工艺参数。试验结果表明:在微粉金刚石钎焊砂轮的磨削过程中,氧化铝陶瓷主要通过脆性断裂的方式去除;随着磨削深度、进给速度的增加,砂轮在进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都上升;随着砂轮转速的增加,进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都下降。试验获得的低磨削力和低工件表面粗糙度精密加工工艺参数分别为:磨削深度为1.0 μm,进给速度为12 mm/min,砂轮转速为24 000 r/min和磨削深度为1.0 μm,进给速度为1 mm/min,砂轮转速为20 000 r/min。低磨削力磨削时,微粉金刚石钎焊砂轮受到的X方向和Z方向的磨削力分别为0.15 N和0.72 N;精密加工后的氧化铝陶瓷的表面粗糙度值可达0.438 μm。      

高速陶瓷CBN砂轮贴片的实验研究

本文从影响高速CBN砂轮陶瓷贴片性能的因素入手,凭借扫描电镜、差热分析仪等先进精密仪器对磨料进行了常温性能、差热分析、焙烧处理（870℃）分析;同时对陶瓷结合剂配成原理、比例和性能进行了试验探讨;利用ANSYS软件对陶瓷砂轮贴片的尺寸大小进行了优化分析;最后,利用超高速点磨削试验台对焙烧好的砂轮贴片进行了磨削性能实验。实验表明：研发的低温高强陶瓷结合剂,该配方结合剂的耐火度890℃,抗折强度达到了60.13 MPa;烧制的陶瓷贴片在小进给、小切深、超高速磨削下,表面粗糙度Ra值为0.002 mm左右。