一种磨粒族叶序排布的端面砂轮及其铣磨实验

为了改善超硬磨料砂轮的磨削能力,基于生物学的叶序排布理论设计了一种新型有序化排布磨料的超硬磨料砂轮;分析了叶序参数对超硬磨料砂轮工作表面上磨粒族的排布的影响规律,通过光刻技术和电镀技术相结合制造出了磨粒族叶序排布砂轮。铣磨实验结果表明：合理的选择叶序系数k和磨料族半径r可使砂轮获得较好的铣磨性能。     

杯形砂轮断续磨削WC-Co涂层温度研究

对杯形砂轮断续磨削碳化钨涂层的温度进行了相关研究。针对杯形砂轮断续平面磨削实际工况,计算出移动热源有效宽度;通过简化磨块形状合理采用传统热源模型;并对三角形和矩形热源模型进行理论分析和对比。把实测的磨粒端面温度和一维导热模型结合起来研究传热比,通过计算不同工艺参数下的传热比R_w值,使得磨削温度理论值更接近实际测量值,最后通过实验验证其可行性,并分析了磨削各参数对工件表面涂层温度的影响,其磨削温度随磨削深度,砂轮线速度,工件进给速度的增加呈现增长的趋势,进而对实际的磨削加工起到有效的指导作用。     

碳纤维复合材料构件干磨削砂轮研制及其加工性能研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有硬度高、各向异性、非均质的特性,是典型的难加工材料之一,磨削中极易发生分层和砂轮堵塞现象.结合碳纤维/环氧树脂复合材料构件干磨削的加工需求,研制了磨料群可控排布超硬磨粒电镀砂轮.并以常规单层电镀砂轮为参照,对碳纤维/环氧树脂复合材料进行了干磨削加工试验.结果表明:新型的磨料群可控排布砂轮在...     

纳秒激光修整粗粒度金刚石砂轮及其磨削性能研究

利用脉冲光纤激光对粗粒度青铜金刚石砂轮进行切向整形与径向修锐,并用修整后的砂轮磨削硬质合金工件,对不同磨削阶段的砂轮磨损形式和磨削比、工件表面粗糙度进行研究。结果表明:经激光整形后,砂轮圆跳动和平行度误差分别由83.1、324.6μm下降至6.8、3.8μm;与用碳化硅砂轮修整相比,经激光修整后砂轮表面磨粒的脱落更少、等高性更好、出刃高度更合适;当累计磨削深度达到10、20、30 mm时,砂轮磨损形式为磨粒磨耗和脱落磨损、以磨粒磨耗磨损为主并伴有磨粒脱落和结合剂磨耗磨损、磨粒脱落和磨耗以及结合剂磨耗磨损,砂轮磨削比约为205.4、405.1、96.0,工件表面粗糙度为0.314、0.337、0.454μm。     

结构陶瓷磨削表面残余应力的产生机理

对结构陶瓷磨削表面残余应力的产生机理进行了研究。采用金刚石单颗粒模拟砂轮磨削运动，通过改变切削参数和磨粒形状以真实模拟各种应力单独作用时对残余应力产生的影响，并用Ｘ射线衍射法测试表面残余应力。研究结果表明：陶瓷磨削残余应力主要由挤压应力、切削应力和热应力的综合作用引起；三这三种方法中，切削应力对残余应力的影响最小，挤压应力产生残余压应力，热应力产生残余拉应力。冷却条件显著影响残余应力。     

大型球面精密磨削的球度判别与误差在位补偿方法研究

提出了一种针对大型球面精密磨削、基于图像识别的球度误差判别和误差在位补偿新方法,主要原理是根据展成法球面磨削原理在球面上形成的磨削迹线形貌特征来判别球面的形状误差。根据球面形状误差,来判别砂轮磨削主轴旋转中心线与球体旋转中心线的几何位置偏差状况,对机床几何误差进行分析和数学建模,在此基础上,提出了展成法球面磨削球度误差的在位补偿方法,并设计了在位补偿装置。实验表明该方法可以有效提高大型球面磨削的形状精度。     

基于响应曲面法的氮化硅陶瓷磨削工艺参数优化

为加强氮化硅陶瓷的应用,实现高效精密磨削加工,必须深入研究氮化硅陶瓷磨削表面质量的影响规律及其工艺参数优化。根据氮化硅陶瓷磨削试验,建立磨削力、表面粗糙度、等效加工时间和亚表面损伤深度等4个磨削加工结果的理论计算模型和二次回归响应曲面模型;利用模型的响应曲面图直观分析砂轮线速度、工件速度、磨削深度等磨削工艺参数对磨削加工结果的影响规律。以磨削加工结果综合最小为目标,进行磨削工艺参数的多目标参数优化,得出砂轮线速度为30 m/s、工件速度为40 mm/s、磨削深度为5μm的优化工艺参数组合。     

激光钎焊制备金属结合剂金刚石砂轮研究进展

金属结合剂金刚石砂轮因其具有高强度和高硬度等特性广泛用于脆、硬、高强韧性材料的精密磨削加工中。激光钎焊制备金属结合剂金刚石砂轮是一种先进的制备工艺。在激光钎焊制备过程中金刚石磨粒、结合剂、基体三者间能够实现良好的冶金结合,通过工艺参数的优选能够有效避免磨粒的损伤,获得较好的钎焊结果。综述了钎料成分、钎焊界面微结构、激光工艺参数对钎焊性能的影响规律,总结出激光钎焊多层有序化砂轮的基本原理以及需要进一步研究的方向。     

磷酸ニ氢钾晶体精密磨削的试验研究

磷酸二氢钾(KDP)晶体具有质软、脆性高，各向异性等不利于材料加工的特点，被认为是最难加工的光学材料。本文采用普通刚玉砂轮和金刚石树脂砂轮对KDP进行磨削试验研究，初步揭示了不同磨削工艺参数对磨削力和表面形貌的影响规律；通过理论计算得到了KDP晶体(001)晶面临界磨削深度，进而探讨了超精密磨削KDP晶体获得较好表面形貌的途径。     

氮化硅陶瓷的单颗金刚石磨粒磨削试验研究

为深入探讨磨削材料去除机理,以氮化硅陶瓷的单颗金刚石磨粒磨削为研究对象,进行旋转变切深的连续划痕正交磨削实验,分析砂轮线速度、工件速度、磨削深度等磨削参数对切向磨削力、法向磨削力以及工件划痕形貌的影响规律。结合压痕断裂力学模型分析可知,氮化硅陶瓷在单颗金刚石磨粒磨削时,材料主要以显微塑性变形为主,存在少量脆性破碎。     

树脂结合剂超硬磨料砂轮磨削稳定性试验研究

针对树脂结合剂超硬磨具在应用方面普遍存在的磨削性能稳定性差等工程技术问题,选取不同树脂原材料、树脂置空时间、磨料层径向位置3个关键因素作为研究对象,开展了树脂金刚石砂轮平面磨削硬质合金试验。结果表明：酚醛树脂原材料对砂轮磨削性能有较大影响,普通型树脂不适于硬质合金磨削、耐热型树脂适于大切深磨削、增韧型树脂适于小切深精密磨削;树脂置空时间对砂轮磨削性能有一定影响,随着树脂置空时间延长,磨削比缓慢下降;砂轮磨料层径向位置对磨削性能影响较特殊,当磨料层在1.0 mm以上时磨削比变化不大,当磨料层在1.0 mm以下时磨削比出现明显下降。树脂超硬磨料砂轮制成工艺及磨削应用技术的细化有利于改善砂轮磨削性能的稳定。     

砂轮约束磨粒喷射加工接触区压カ场建模与验证

根据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程，建立了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工中砂轮与工件楔形接触区流体动压力的三维数学模型；对楔形接触区三维流体动压力进行仿真，结果表明：流体动压力随砂轮速度的提高，最小间隙的降低而增加，最大压力峰值发生在砂轮与工件最小间隙区域，且在该区域压力梯度变化明显。除了在砂轮宽度边缘产生侧泄外，在砂轮宽度方向流体动压力分布规律相同。随着砂轮与工件之间最小间隙的减小，动压力峰值区域曲线变窄；对砂轮与工件之间楔形区域形成的流体动压力进行了实验研究，实验结果表明：依据Navier- Stokes方程和流体沆动的连续性方程建立的动压力理论模型与实验结果吻合，理论模型能很好的预测接触区流体压力场分布。     

分形理论在放电修整超硬磨料砂轮实验中的应用研究

电火花放电修整(EDD)砂轮技术利用放电产生的热能熔融气化结合剂使磨粒突出修锐砂轮,是很有发展前途的特种加工修整方法。放电加工的介质放电轨迹显示出树枝分叉倾向,具有明显的分形结构,其形态是影响放电能量分布的重要因素。基于分形理论对煤油、空气及雾状去离子水3 种放电介质的热能量分布特征进行分析,并在3 种介质中进行青铜结合剂金刚石砂轮EDD实验。研究结果表明:基于分形几何学的仿真放电轨迹特征与金刚石砂轮实验修锐质量基本符合,可以利用介质的放电图形及分形维数来预测砂轮的修锐微观形貌及修锐质量。     

气压砂轮双层结构弹性力学分析及加工特性

为了提升激光强化后高硬度模具自由曲面的光整效果,提出基于软固结磨粒和双层结构弹性体的气压砂轮加工方法。对气压砂轮双层结构弹性力学特性进行分析。在圆形均布载荷环境下,分别引入磨粒层弹性模量与橡胶层弹性模量的比值m及橡胶层厚度与载荷半径的比值n,建立了双层结构弹性体加工应力计算模型以及接触形变公式。通过有限元分析软件ANSYS建立了气压砂轮双层结构弹性力学模型,给出了气压砂轮的应力分布规律以及形变特征。在试验分析中,通过短纤维增补的方法增强内橡胶层,通过耐水黏结剂控制外磨粒层,微观分析证实了双层结构弹性力学的分析假设。搭建气压砂轮加工试验平台,验证了气压砂轮可在短时间内提升高硬度激光强化模具表面质量的加工效果。试验结果表明,面向凹面工件时,较低n值的气压砂轮有助于提升表面质量;面向凸面工件时,在获得相同表面质量的情况下,较高n值的气压砂轮有助于提升加工效率。     

可再制造的电镀金刚石砂轮结构设计

为了实现金刚石砂轮的绿色回收和再制造,设计了一种可拆卸式电镀金刚石砂轮结构。应用磨料层与基体的界面模型,分析了砂轮拆卸过程中磨料层的破坏形式。分析了砂轮拆卸过程中的磨料层应力状态,并计算出磨料层的开裂点位置。制备了新型可拆卸的电镀金刚石砂轮,并进行了磨料层与基体的分离试验。研究结果表明,在砂轮的拆卸过程中,滑道附近的磨料层与基体产生了界面破坏或曲折破坏,并使磨料层发生断裂。装配半圆形滑块的砂轮外圆具有较好的表面平整性,采用对称式凹形滑块结构可以提高砂轮的重复利用次数。所设计的电镀金刚石砂轮能够实现基体和磨料层的绿色分离和金刚石砂轮的再制造。     

单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析

为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题,采用有限元法和光滑粒子流体动力学（SPH）法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼（CBN）磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理,并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响;采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验,结果表明：磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑;磨刃前角增大,剪切角随之增大,导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大,磨损速率较快,易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。     

超声辅助磨削陶瓷材料的裂纹产生与扩展仿真研究

基于光滑质点流体动力学(SPH)法,研究超声磨削陶瓷材料过程中磨粒冲击工件的裂纹产生及扩展情况,揭示不同超声冲击速度下材料的去除特性及表面层损伤规律。仿真结果表明:磨粒以不同速度压入工件一定深度后,工件开始产生侧向裂纹和径向裂纹;随着冲击速度的增大,工件材料受冲击部位周围的局部崩碎现象明显减少,产生侧向裂纹时磨粒压入工件的临界深度减小,而产生径向裂纹时的临界深度无明显变化。磨粒压入工件的深度增加,观察两种裂纹的扩展情况发现:冲击速度提高,侧向裂纹扩展速度变慢、尺寸减小,而径向裂纹则无明显变化。证实了随着冲击速度的提高,即超声效果加强时,工件的塑性域去除范围增大,但不会引起表面层损伤增大,最终表面质量得到提高。     

基于光滑粒子流体动力学法单颗磨粒超声辅助磨削陶瓷材料的磨削力仿真研究

为了揭示轴向超声振动对磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力影响机制,利用光滑粒子流体动力学（SPH）法对单颗金刚石磨粒磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力进行仿真,提出在单颗磨粒模拟磨削中应将平均未变形切屑厚度作为磨削深度。通过分析轴向超声振动振幅与磨粒速度对平均未变形切屑厚度的影响,发现平均未变形切屑厚度随着超声振动振幅的增加而减小、随着磨粒速度的降低而减小。仿真结果表明：与普通磨削（CG）相比,轴向超声振动能够有效降低磨削力;随着超声振动振幅的增加磨削力降低比率增大;在相同磨削参数下,磨粒切削SiC陶瓷时磨削力大于切削Al₂O₃陶瓷的磨削力。