颗粒增强钛基复合材料高速磨削表面分形分析

开展了颗粒增强钛基复合材料高速磨削实验,分析了平面微小区域的分形维数,进而对磨削表面形貌进行了评价。结果显示,磨削速度对磨削表面微观形貌具有一定影响。三种磨削速度条件下(80、120、150m/s)所对应的磨削平面微小区域分形维数分别为2.004 30、2.005 56、2.006 52,与磨削速度呈线性关系,表明了应用表面微小区域分形维数评价磨削表面质量的可行性。     

基于支持向量机的铝基碳化硅磨削表面质量预测

目的针对传统粗糙度指标评价具有凹坑缺陷的铝基碳化硅磨削表面质量的局限性,提出基于三维形貌的改进表面粗糙度评价指标及其预测模型。方法基于磨削表面三维形貌构建等高线图,获取等高线轮廓间面积占比与轮廓高度的关系曲线,提出表面三维形貌体积相对于采样区域面积的算术平均偏差和凹坑最大偏离高度评价指标,用于表征包含凹坑缺陷的磨削表面质量。基于支持向量机建立和优化三维形貌算术平均偏差和凹坑最大偏离高度的预测模型,并分析磨削工艺参数对评价指标的影响规律。结果三维形貌算术平均偏差和凹坑最大偏离高度评价指标包含凹坑缺陷等更多表面特征,评价指标预测值与实验值误差在5%以内,且随着砂轮转速的增大而减小,随着进给速度与磨削深度的增大而增大。结论采用三维形貌算术平均偏差和凹坑最大偏离高度评价包含凹坑缺陷的磨削表面质量是合理的,评价指标测量和确定方法是可行和有效的。基于支持向量机的评价指标预测方法具有正确性,为铝基碳化硅磨削表面质量评价和使用性能研究打下了基础。     

表面抛光对工程陶瓷磨削断裂强度的影响规律

断裂强度受到磨削表面微观形貌和残余应力场分布的影响。对Si3N4、SiC和Al2O3陶瓷材料实施平面磨削后,用金相显微镜、表面轮廓仪和X射线应力测试仪研究陶瓷机械抛光前后表面微观形貌、粗糙度、残余应力与工件磨削断裂强度的关系。结果表明:经无水乙醇润滑抛光后SiC陶瓷具有平滑的表面微观形貌、较低的表面粗糙度和残余应力;反应烧结的Si3N4、SiC和Al2O3陶瓷磨削并抛光20min后的断裂强度幅度依次为6.64%、8.18%和6.58%;适当的抛光时间能降低陶瓷磨削表面应力集中程度及残余拉应力,使陶瓷的断裂强度得到一定提升。     

基于二维位移传感器的砂轮表面形貌测量

砂轮表面的三维形貌对保证其磨削质量有重要意义。采用高精度二维位移传感器在线测量砂轮的表面形貌,再通过建立的砂轮三维形貌基准平面和数字滤波方法,用测量数据计算得到砂轮表面的三维形貌评价参数。结果表明:该评价参数与Zeta自动三维测量系统的测量结果基本相同,验证了该评价方法的有效性和实用性,可为砂轮修整及其磨削加工提供参考指标。      

圆刀片刃口磨削表面形貌控制研究

针对圆刀片磨削加工后表面质量不均匀的现象,研究了硬质合金圆刀片刃面磨削加工工艺中砂轮倾角和砂轮粒度对刃面质量影响。通过运动学分析,建立了切削表面纹理与切削工艺参数的数学关联模型,揭示切削参数对切削模式、表面纹理的影响规律。利用光学三维形貌仪测量了不同位置的刃面微结构及面粗糙度,对比了双区域磨削、单区域磨削和砂轮粒度对表面形貌的影响。结果表明,单区域磨削的面粗糙度具有更好一致性,多区域磨削具有更低的面粗糙度,对于精加工选用单区域磨削可有效也提高圆刀片表面质量。     

螺旋沟槽砂轮磨削理论模型及复映效应机理北大核心

为分析磨削工艺参数对复映效应的影响规律,对大螺旋角沟槽结构化砂轮磨削过程和工件表面形貌进行理论探究。建立了大螺旋角沟槽砂轮宏观数学模型和微观磨粒随机分布模型,推导并计算了砂轮片状切削刃的切削过程;基于磨削表面宏观轮廓创成机理模型,计算螺旋沟槽控制参数及工艺参数与复映效应系数的数值映射关系;观察对比理论磨后工件的表面形貌与螺旋沟槽砂轮实际磨后工件表面形貌。并进一步探究“复映效应”现象,为实现“复映效应”现象精确控制提供了有效意义。     

脉冲电化学光整加工中表面形貌变化试验*

探究脉冲电化学光整（PECF）加工过程中表面形貌变化特性及其工艺能力。在能实现表面良好加工效果的参数范围内, 对 304 不锈钢车削与磨削表面进行脉冲电化学光整加工,通过对加工前后表面微观形貌变化规律的对比分析,研究脉冲电化学光整加工工艺对不同表面的整平能力。试验结果表明：脉冲电化学光整加工车削和磨削表面所能获得的最终表面粗糙度大体相当,加工后两种表面粗糙度 Ra、R_z 和 R_sm值处于同一量级,分别达到 0.09、0.7、50 μm 左右。表面微观形貌趋于一致, 表面完整性良好,表面特征指标不具有显著差异性。脉冲电化学光整加工车削和磨削表面的形貌变化过程有所差别,车削表面存在由原始表面形貌向脉冲电化学光整加工表面形貌转变的一段中间过程,磨削表面形貌则在短时间内迅速转变为脉冲电化学光整加工表面形貌。对原始表面较为粗糙的零件或者难以采用磨削加工的薄壁件,PECF 加工是一种具有实际应用价值的加工方式,且对于一些具有特殊要求的功能性表面形貌,车削后进行 PECF 加工可能成为一种新的加工方法。     

磨削导轨表面的分形接触模型

导轨是机床最重要的结合面之一,其接触特性对机床的性能具有极其重要的影响。磨削形成的导轨表面形貌具有明显的各向异性,现有的分形理论无法对其接触特性进行预测。通过对磨削导轨表面的微观形貌的测量,提取了表面的分形参数及微凸体的分布函数。基于分形理论、修正的分形微凸体模型(ME模型)以及圆柱微凸体的接触模型,建立了磨削导轨表面的分形接触模型,并对模型进行了数值仿真和实验研究。所建立的模型克服了MB中不现实的微凸体变形模式以及不适用于各向异性表面的缺陷。结果表明,磨削表面接触载荷和接触面积呈近似的线性关系,表面的刚度随着干涉量的增加而增加。     

影响PCD刀具刃磨质量因素研究

本文采用合理的腐蚀清洗方法对PCD试样进行腐蚀,获得了清晰真实的PCD磨削表面。在此基础上借助扫描电镜,通过观察PCD刀具磨削表面和刃口的微观形貌,系统研究了磨床转速、磨削压力及磨削液等因素对PCD刀具刃磨质量的影响。研究结果表明：磨床转速越高,磨削表面质量越好,但过高或过低的转速会使刃口锯齿度增大;较大的磨削压力对磨削表面质量和刃口质量都有负面影响;同时,无论转速高与低,磨削压力大或小,干磨后的PCD磨削表面质量均好于湿磨。细砂轮低速干磨PCD时,磨削表面由于疲劳应力的作用出现了一些垂直于磨削表面的裂纹。     

氮化硅陶瓷干湿磨削温度与表面质量研究

为研究干湿磨两种条件下氮化硅陶瓷温度场特性,以及磨削力、温度场特性与表面质量三者间的关系。在理论分析的基础上运用ABAQUS有限元软件对其进行仿真,最后通过实验分析干湿磨条件下的温度场对其表面特性的影响。得出在干湿磨两种条件下的磨削力与磨削区温度场的关系以及磨削温度场的分布情况;并分析了温度场对其热裂纹的影响与温度和其表面特性的关系。得出磨削力是影响磨削区温度场变化的主要因素;随着磨削表面下深度的增加,湿磨下磨削温度的幅度变化要大于干磨,且磨削温度的幅度变化对其表面特性与裂纹的产生有所影响;干磨条件下的表面粗糙度与微观形貌要优于湿磨条件下。     

冷轧钢渗碳处理后的ELID磨削效果及加工表面硬度实验研究

本文采用在线电解修整磨削技术,对经渗碳处理后的冷轧钢进行超精密镜面磨削试验,获得表面粗糙度达Ra6～8 nm的加工表面.实验结果表明:采用微细粒度、高硬度铸铁基金刚石砂轮、提高砂轮线速度和减小磨削深度可有效地提高表面质量,降低表面粗糙度;磨削过程中,砂轮线速度、磨削深度、磨削液是影响加工表面质量的主要因素.     

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。      

Surface treatment of cutting tool substrates

Today's research activities are concentrated on improving the properties of cutting tools by optimizing manufacturing technologies, by alloying of special cutting materials and by coating of tools. As a result of the poor machinability of new cutting materials, grinding processes get more difficult. Especially in grinding of new WC-carbide and cermet compositions, high mechanical and thermal loads influence the surface topography and surface integrity of the tool. In particular, the coating adhesion depends on the surface structure of the substrate. Variations of subsurface properties cause distinct differences to interface strength and tool life.Influences of surface properties on film adhesion of PVD-coated carbides were investigated. Considered topics are the influence of grinding, micro blasting and water peening of carbides on surface topography and surface integrity as well as effects on film adhesion of (Ti,AI)N-coatings. Residual stress measurements and SEM-pictures were used for characterization of surface properties. Film adhesion was analysed by scratch and indentation tests. Due to increasing interface strength of micro blasted tools a superior wear behaviour in dry machining was observed.     

超声辅助电解磨削GH625微小孔工艺研究

超声振动辅助电解磨削加工技术是一种以超声振动作为辅助、电解磨削为主要加工方式实现零件精加工的新型加工技术。为获得更高表面质量的管电极微孔,首先利用单因素法对GH625材料进行管电极打孔,初步得到最小平均锥度0.043°的微小孔,然后通过正交试验研究脉冲电压、电解液浓度、主轴进给速度、阴极转速对加工微小孔锥度和表面质量的影响规律。结果表明:在脉冲电压7 V、电解液质量分数14%、阴极转速12000 r/min、进给速度0.7 mm/min下,可获得内表面粗糙度和平均锥度分别为Ra0.499μm与0.036°的微小孔。     

基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术

对磨削法修磨复杂形面金刚石磨料工具的技术进行研究。使用光学影像磨床,采用形面组合法对典型复杂形面金刚石工具进行修磨应用试验;通过理论分析、试验以及对修磨形貌显微观察等手段分析修磨机理;对修磨基本工艺、修磨效率和修磨精度的影响进行试验研究,并确定其相关规律。研究结果表明:磨削法修磨去除机理是通过磨粒接触面内局部接触点产生的高应力使金刚石表面发生微破碎,因此采用基于磨削法的精密修磨技术具有高效率和高精度的优点;对修整效果的主要影响因素是修磨切深、修磨速度、修磨砂轮等;单一元素形面修磨精度可以达到0.002 5 mm,角度5′以内,整体形面轮廓精度可以达到0.005 mm以内,修整砂轮后采用切入磨削工件加工,其表面粗糙度可以达到0.120 μm以下。      

Study on axial-feed mirror finish grinding of hard and brittle materials in relation to micron-scale grain protrusion parameters

An axial-feed mirror finish grinding of hard and brittle materials is proposed by controlling grain protrusion parameters. In this grinding, the grinding wheel feed is along the wheel axial direction rather than in the traditional wheel cutting direction. The objective is to understand how micron-scale grain protrusion parameters influence ductile-mode grinding and ultimately to realize efficient mirror finish grinding using a coarse diamond grinding wheel. In this study, the grain tip truncation (GT-truncation) was performed after dressing to improve grain protrusion topography. First, a formation model of axial-feed ground surface was constructed to analyze the effect of grain protrusion parameters and grinding parameters on the critical cutting depth transferred from brittle-mode removal to ductile-mode removal; then GC dressing and GT-truncation of #180 diamond grinding wheel were experimentally performed to investigate surface roughness and ductile-mode grinding behavior with reference to grinding parameters and grain protrusion parameters; finally, a truncated coarser #60 diamond grinding wheel was employed for mirror finish grinding to observe active grain number and grain protrusion angle. Theoretical analysis shows that this ductile-mode grinding is dominated by active grain number, active grain protrusion angle, wheel rotating speed and axial-feed speed, but it does not depend on the depth of cut assumed to be less than the grain protrusion height. Experimental results indicate that the GT-truncation may increase active grain number and grain protrusion angle for ductile-mode grinding when the axial-feed speed decreases to some extent. Moreover, the micro tip radius of diamond grain also influences the ground surface. It is confirmed that by increasing active grain number and grain protrusion angle synchronously, a truncated #60 diamond grinding wheel can be applied for efficient mirror finish grinding of the SiC ceramic plate at the axial-feed speed of 50 mm/min and the tool path interval of 0.1 mm.     

金刚石砂轮磨削轴承用ZrO2 陶瓷表面质量研究

在氧化锆陶瓷磨削中为获得较高质量表面,采用单因素试验研究磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度对氧化锆陶瓷精密磨削表面质量的影响规律及材料去除机理,通过超景深三维显微镜以及扫描电子显微镜,观察氧化锆陶瓷试件磨削后的表面形貌,最后用正交试验法进行优选并验证。结果表明:磨削表面的粗糙度随磨削深度、工件进给速度增大而增大,随砂轮线速度增大先减小、后增大。在磨削深度5 μm、砂轮线速度40 m/s、工件进给速度1 000 mm/min的优化组合条件下,磨削3组氧化锆陶瓷的平均表面粗糙度R_a为0.388 9 、0.417 0和0.403 7 μm。      

斜锥面专用磨削装置的研制

金属环硬密封的高性能蝶阀，其性能取决于阀门密封环的加工装配精度，由于使用专用的大型磨削加工设备进行密封环锥面的磨削加工投资极高，本文提出一种可作为常见大型通用加工设备(如立式车床)附件使用的专用磨削装置设计方案．以解决金属硬密封阀门密封环面的精加工问题。本设计利用伺服跟踪原理，采用随动装置使砂轮的轴向运动与工作台的周向运动同步进行，保证砂轮自动跟随密封环当前高度进行磨削。该磨削装置的主要特点是利用随动装置配合高速内圆磨具使砂轮自动跟踪磨削曲面实现精确加工。主要优点是：以较少的投资解决了特种行业不规则曲面的精密磨削问题．操作简单、维护方便、加工效率高且加工精度高。     

聚晶金刚石刀具研磨质量及去除机理研究

针对聚晶金刚石（PCD）刀具的研磨质量问题,选择刃口钝圆半径、刃口缺陷度、后刀面粗糙度作为评价指标进行工艺参数的优化试验,并分析PCD的研磨去除机理。结果表明:工作台调定压力对刃口钝圆半径影响最显著;金刚石砂轮对刃口缺陷度影响最显著;砂轮转速对后刀面粗糙度影响最显著。选择4/5陶瓷基金刚石砂轮、1 000 r/min砂轮转速、170 N工作台调定压力可以获得研磨质量较高的PCD刀具。试验条件下,PCD的主要去除方式为划擦作用与微细破碎。1 000 r/min砂轮转速、170 N工作台调定压力下的微细破碎在保证较小刃口钝圆半径与刃口缺陷度的同时,可以获得相对平整的PCD表面。