HIPSN陶瓷高效精密磨削工艺优化试验研究

目的针对HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷精密加工效率低、成本高、难度大的问题,对HIPSN陶瓷高效精密磨削加工工艺进行优化。方法利用高精度成形磨床对HIPSN陶瓷进行试验,分析砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削后表面质量的影响规律。结果磨削深度由0.005 mm增加到0.050 mm,表面粗糙度值由0.2773μm减小到0.2198μm,并趋于稳定;工件进给速度由1000 mm/min增加到15 000 mm/min,表面粗糙度值由0.2454μm减小到0.2256μm,之后增大到0.2560μm,并趋于稳定;砂轮线速度由20 m/s增加到50 m/s,表面粗糙度值由0.2593μm减小到0.2296μm。随着工件进给速度的增大,表面波纹度平均间距Sw由0 mm直线增加到5.90 mm;随着砂轮线速度的提高,平均间距Sw由2.33 mm直线减小到0.68 mm。优化工艺参数组合:砂轮线速度50 m/s,磨削深度0.030 mm,工件进给速度3000 mm/min。结论表面粗糙度值与磨削深度和砂轮线速度呈负相关,随着工件进给速度的增大,表面粗糙度值先减小后增大,之后趋于稳定。减小工件进给速度、提高砂轮线速度有助于改善表面波纹度。     

氮化硅陶瓷磨削热特性与表面成形机制

目的探究氮化硅陶瓷磨削热特性与热特性对表面成形的影响。方法首先,通过反求法得出传入工件、磨屑与砂轮的热量分配比公式;其次,使用K型热电偶和测力仪得到磨削参数与磨削区温度和热量分配比的关系;最后,通过对磨削表面形貌和粗糙度的检测寻找出最优磨削质量时的温度范围。结果砂轮线速度由25 m/s增加到50 m/s时,磨削温度由256℃增加到819℃,传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由82.4%减小到64.4%、12.1%增加到24.3%、5.5%增加到11.3%。磨削深度由5μm增加至30μm时,磨削温度由289℃增加到869℃,传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由76.1%减小到53.9%、17.3%增加到30.3%、6.6%增加到15.8%。工件进给速度由2000 mm/min增加到7000 mm/min时,磨削温度由772℃减小到513℃,传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由71.1%增加到78.3%、21.1%减小到11.7%、5.8%增大至10.1%。随着磨削温度由256℃增加到869℃时,表面粗糙度先由0.2708μm减小到0.2472μm,后增加至0.3182μm。采用定速比磨削可使磨削温度降低25～127℃,减少传入工件的热量分配比。结论适当的高温有利于表面塑性变形的形成,表面质量提高,但温度过高时会形成热裂纹,温度在489～662℃之间,表面质量最好。在提高砂轮线速度的同时,可适当增加进给速度,以达到降低磨削温度,减少传入工件热量与增加磨削效率的目的。     

氮化硅陶瓷磨削表面质量的建模与预测

目的提升氮化硅陶瓷加工质量和效率,提高粗糙度模型预测精度。方法提出塑性与塑-脆性去除转变临界切深hc1和塑-脆性与脆性转变临界切深hc2,然后对原有模型进行修正,并引入塑性去除粗糙度修正系数φ1、τ1和塑-脆性去除粗糙度修正系数φ2、τ2,建立基于不同去除方式的粗糙度Ra预测模型,后通过磨削实验对系数进行求解,并得出磨削参数对粗糙度和表面形貌的影响。结果塑性去除粗糙度修正系数φ1=5.872×10^-6、τ1=0.1094,塑-脆性去除粗糙度修正系数φ2=1.299×10^-5、τ^2=0.1582。砂轮线速度vs由30 m/s增大到50 m/s,粗糙度Ra由0.366μm减小到0.266μm,去除方式由脆性断裂向塑性变形转变,表面质量变好。磨削深度ap由5μm增大到45μm,粗糙度Ra由0.252μm增大到0.345μm,去除方式由塑性变形向脆性断裂转变,表面质量变差。工件进给速度vw由1000 mm/min增大到9000 mm/min,粗糙度Ra由0.227μm增大到0.572μm,去除方式由塑性变形向脆性断裂转变,表面质量变差。模型预测值与实验值的相对误差δ在2.1%~8%之间。结论在加工中应控制磨削深度和工件进给速度,适当提高砂轮线速度,以保证加工精度和效率。基于不同去除方式的粗糙度预测模型,可较为精准地预测实际加工情况。