纵-扭复合振动超声深滚加工表面强化研究

目的基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,研究各深滚工艺参数对工件表面强度的影响,以验证二维超声振动加工技术在表面强化技术领域的应用效果。方法采用单因素试验法对6061-T651铝合金轴件分别进行纵-扭复合振动超声深滚与常规深滚加工试验,然后用MH-5数显硬度计测试每组参数下的表面显微硬度,研究静压力、工件转速和进给量对工件表面显微硬度的影响,并将两种试验结果进行对比。结果在设定工艺参数内,纵-扭复合振动超声深滚工艺所获得的表面显微硬度均高于同等加工条件下常规深滚工艺。纵-扭复合振动超声深滚加工时,表面显微硬度随静压力和工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大先减小后增大再减小;常规深滚加工时,表面显微硬度与静压力近似呈线性关系,且随工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大一直减小。结论纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T651铝合金的表面强化处理。     

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...     

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.     

超声螺旋磨削制孔磨削力建模与实验研究

为了充分发挥磨削力在超声辅助制孔加工工艺参数匹配、优化等方面的指导作用,基于压痕断裂力学理论,建立了纵扭复合超声螺旋磨削制孔加工的磨削力预测模型。搭建了磨削力测试平台,以氧化锆工程陶瓷为研究对象,开展了磨削力实验确定了模型的修正系数,并对模型进行验证。结果表明:模型预测结果与实验结果具有相同的变化趋势,且数值相近,验证了模型的正确性。在此基础上,进一步分析了工艺参数对磨削力的影响规律,发现磨削力随着超声振幅、主轴转速的增大而减小;随着螺距、螺旋进给速度的增大而增大。     

纵-扭超声磨削氧化锆陶瓷磨削力仿真分析

为揭示纵-扭超声振动对磨削氧化锆陶瓷磨削力的影响,分析纵-扭超声磨削（L-TUG）运动特性,利用ABAQUS开展单颗金刚石磨粒划擦氧化锆仿真模拟,并进行单磨粒磨削氧化锆试验验证。在此基础上,分析仿真条件下普通磨削（OG）与L-TUG材料表面应力的差异性;探讨磨削表征参数对L-TUG磨削力的影响规律。结果表明：OG与L-TUG磨削力仿真结果和试验结果吻合度较高,验证了仿真模拟的可行性;与OG相比,超声振动能够有效降低材料表面磨削应力;在相同表征参数下,整体上L-TUG轴向力始终大于法向力,且对轴向力与法向力的影响程度和变化趋势呈现不同的规律性。     

纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

目的 对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测,以优化加工参数。方法 对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析,并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真,且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型,并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果 理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时,随振幅的增加,由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时,加工表面微观结构凹坑效应弱化,At/Al=0.55时,加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论 加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关,铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合,该表面模型能够优化超声加工参数。     

纵扭复合振动超声加工运动特性研究

外加超声电源激励产生的复合振动输出模态作用于加工刀具上,从而改变实际超声加工过程中刀具相对于工件之间的运动状态,出现不同于传统磨削加工的运动特性,由运动合成原理,在分析纵扭复合振动作用下刀具切削运动轨迹特征及由此产生的加工特性下对普通磨削加工和复合振动超声加工进行磨削工程氧化锆陶瓷材料表面试验,提出了超声加工运动形式的不同所体现出的工艺优势,理论与试验结果表明超声振动下独特的运动形式体现出的加工特性会促进切屑排除,使得刀痕沟槽均匀,改善加工表面质量,突出超声加工工艺方法应用于精密及超精密加工的重要意义。     

二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究

冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动,分析磨削力的影响机制,在相同的磨削参数条件下,对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究,分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明：二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削,磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小,随着磨削深度的增大而增大;普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小。     

磨削力对磨削表面层质量的影响的试验研究

用控力磨削的方法进行了试验研究,结果表明,由砂轮磨损或磨削参数变化引起的磨削力增大会使工件表面残余压应力减小,加工表面粗糙度增大。由于导致法向磨削力变化的原因很多,它与残余应力之间没有确定的对应关系。     

二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性研究(1)

本文通过对二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性进行理论分析及试验研究，尤其是磨削力的特性及其影响因素，从而探索磨削加工表面质量的影响因素并提出改善磨削效果的措施。研究结果表明，磨削力随着切深的增大而增大，随着磨削深度的进一步增加，超声振动在磨削加工中所起的作用减弱；二维超声振动磨削大大扩大了复相陶瓷磨削的塑性加工区域，二维超声振动磨削过程的塑性域是磨削深度小于5μm，而普通磨削塑性域是在磨削深度小于2μm；适当增大磨削速度，既可以增强磨削砂轮的自锐能力，获得较高的去除率，又可以增加塑性变形，改善工件的表面质量；砂轮线速度的变化对二维超声振动磨削过程中的磨削力影响比对普通磨削过程中的磨削力的影响小，故二维超声振动磨削可以选用较大的砂轮线速度；工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大，其值随着工件速度的增加而增大。     

二维超声振动磨削纳米复相陶瓷的表面粗糙度研究

本文对纳米复相陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削的对比试验，研究了超声振动磨削对工件表面质量的影响，分析了不同的加工工艺参数及振动参数对加工工件表面粗糙度的影响，实验结果表明，在同样的切深条件下，超声振动磨削表面的沟槽浅而宽，可以得到比普通磨削加工粗糙度较小的加工表面，且在超声振动中砂轮作高频振动，砂轮不易堵塞，利于使用细粒度砂轮磨削；工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大，其值随着工件速度的增加而增大。二维超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量，并能有效地避免普通磨削下微裂纹的产生，因此它是磨削陶瓷的一种精密加工方法。     

6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺。采用普通深滚与纵-扭复合振动超声深滚2种加工方法对供应态6061-T6铝合金轴件进行表面强化处理,研究深滚工艺参数对加工表面质量的影响。结果表明:引入纵-扭复合振动后,超声深滚工艺参数对表面质量的影响规律与普通深滚不同,且在相同的工艺参数下,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值要小于普通深滚,最高降低约50%,而表面显微硬度和硬化率则有大幅提高,硬化率最高约为普通深滚的3倍,经纵-扭复合振动超声深滚处理后的表面更光滑,从而证明了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T6铝合金的强化处理。     

二维超声ELID复合平面磨削系统磨削力研究

对硬脆材料在二维超声电解在线砂轮修整技术（electrolytic in-process dressing,ELID）复合平面磨削条件下的磨削力进行理论研究,建立超声ELID复合磨削力模型。由磨削力公式可知:磨削力除了与超声波的振幅、角频率有关外,同时还受到电流的影响,且随电流的减小,磨削力逐渐增大。在不同磨削深度与砂轮转速条件下采集磨削力,并与理论值进行对比。结果显示:理论值与实测值趋于一致;法向磨削力与切向磨削力均随着磨削深度的增大而增大,随着砂轮转速的增大而减小。      

二维超声磨削复相陶瓷加工表面质量的试验研究

本文通过对二维超声磨削纳米复相陶瓷和普通磨削进行对比试验研究,分析了磨削深度、工件速度、砂轮粒度对工件表面质量的影响.研究结果表明,采用二维超声振动磨削能大大提高工件的表面质量;表面粗糙度随着切深的增大而增大,随着切削深度的进一步增加,超声振动在磨削加工中所起的作用减弱;二维超声振动磨削大大扩大了复相陶瓷磨削的塑性加工区域,二维超声振动磨削过程的塑性域是切削深度小于5μm,而普通磨削塑性域是磨削深度小于2μm;二维超声振动磨削时,表面粗糙度随着砂轮粒度的减小而明显减小,且比较稳定,故二维超声振动磨削有利于使用细粒度砂轮;工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大,其值随着工件速度的增加而增大.     

Nd-Fe-B烧结永磁材料超声辅助磨削试验研究

对Nd-Fe-B烧结永磁材料普通磨削和径向超声振动辅助磨削的工艺进行了对比试验,系统分析了在两种工艺条件下磨削用量对法向磨削力的影响;深入研究了超声振动和磨粒切削的复合过程,指出超声振动形成的断续磨削机制是降低法向磨削力的主要原因.径向超声振动的辅加改善了磨削加工效果,在一定程度上避免了脆崩现象,保证了Nd-Fe-B烧结永磁材料加工表面的完整性.     

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。      

纵-扭超声磨削陶瓷表面粗糙度拟合与预测模型

为探究纵-扭超声振动对陶瓷磨削表面几何形貌的影响,以ZrO2陶瓷为研究对象,通过正交对比试验,以磨削表面粗糙度值为评价指标,采用多元线性回归分析法,建立普通磨削（OG）及纵-扭超声磨削（L-TUG）材料表面粗糙度拟合模型,研究工艺参数对表面粗糙度作用的主次顺序及影响程度;同时利用BP神经网络预测模型进行L-TUG表面粗糙度的优化求解。结果表明：在L-TUG中,主轴转速对粗糙度值影响最大,超声能量影响最小;在OG中,磨削深度对粗糙度值影响最大,主轴转速影响最小。BP神经网络模型预测误差在1.070%~9.396%内,且最优磨削参数组合获得的表面质量最好,可实现对L-TUG表面粗糙度值较高精度的智能预测。     

细粒度钎焊金刚石砂轮磨削花岗石的磨削力特征分析

通过测量磨削力,研究细粒度钎焊金刚石砂轮磨削花岗岩过程磨削力随加工参数的变化特征。结果表明:磨削力是随着砂轮线速度的增大而减小,随着工件进给速度的变大而增大,随着磨削深度的增大而增大。回归分析表明,磨削力受磨削深度的影响程度最大。不同加工条件下,法向磨削力与切向磨削力之间存在良好的线性关系,比值约为7.6。磨削过程中,金刚石与花岗石之间的运动符合Coulomb定律描述的滑动摩擦方式。     

蠕动进给超声磨削ZrO_2陶瓷实验研究

建立了超声磨削在小直径磨轮、大切深、蠕动进给条件下单颗磨粒最大切深模型; 对ZrO2陶瓷进行蠕动进给机械磨削和蠕动进给超声磨削对比试验, 考察了磨削参数对磨削力的影响.实验结果表明: 超声振动可减小磨削力.     

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。