氮化硅陶瓷球研磨过程中微磨料磨损形式的转变

为探究氮化硅陶瓷球研磨过程中的磨料磨损,在Rtec MFT5000摩擦试验机上,用不同载荷及不同浓度的金刚石磨料对其进行磨损试验,用VHX-1000超景深显微镜和S-4800扫描电镜观察磨损表面,确定其磨损形式,绘制摩擦因数的拟合关系曲线图.考虑部分实际工况,建立二、三体磨损模型.结果表明:磨料浓度对磨损形式转变的影响大于载荷.磨料质量分数为5％时出现明显沟槽;质量分数为20％时沟槽较浅;质量分数为35％时几乎无沟槽.计算确定磨损形式的转变临界值D/h≈1.6,当D/h<1.6时,二体磨损逐渐转变为三体磨损,随磨料浓度增大,材料表面磨损程度降低,D/h接近1,在磨料质量分数超过35％时,磨损形式几乎全部转变为三体磨损,试验初始摩擦因数较高随后降低并趋于平稳,不同磨料浓度造成摩擦因数差值较大,不同载荷造成摩擦因数差值较小.减小载荷或增大磨料浓度使D/h减小,能适当降低磨损程度,摩擦因数主要与滚动、滑动磨粒数量有关,滑动磨粒数量越多摩擦因数越大,摩擦因数波动随载荷增大而减小.     

基于不同磨料的氮化硅陶瓷球精研工艺研究

为探究磨料对氮化硅陶瓷球精研加工的影响,从而提高氮化硅陶瓷球的表面质量和材料去除率,以基液种类、磨料种类和研磨盘转速为主要影响因素设计正交试验,并分析各因素对表面粗糙度Ra的影响程度。以表面粗糙度Ra和材料去除率为评价指标,通过单因素试验优化研磨参数。根据正交试验结果,得到精研加工过程中各影响因素对于表面粗糙度Ra的影响程度,从大到小排列依次为:磨料种类>基液种类>研磨盘转速。综合考虑陶瓷球精研加工的要求,确定最佳的研磨参数组合为:煤油基液、碳化硅磨料以及150 r/min的研磨盘转速。在金刚石、碳化硅、氮化硼、氧化铬和氧化铁这5种磨料中,氧化铁磨料修复粗研过后的氮化硅陶瓷球表面缺陷的效果最好。     

研磨盘运动特性对氮化硅陶瓷球成形影响性分析

为提高氮化硅陶瓷球加工精度,提出研磨盘偏摆运动可控的新型锥形柔性支承研磨方式,探究柔性支承研磨方式下陶瓷球成形机理。基于新型研磨方式建立仿真模型,深入分析研磨盘偏摆运动对于氮化硅陶瓷球研磨轨迹与受力状态影响。在搭建的新型锥形柔性支承研磨平台上进行正交实验,进一步分析研磨盘运动特性对球体成形的影响。仿真与实验结果表明：在柔性支承研磨方式下,随着研磨盘偏摆角增大,球体轨迹均匀性标准差从43.58降至35.49,最大接触力提升至初始值的4倍,陶瓷球平均球直径变动量从1.466μm增至2.382μm,批直径变动量从4.98μm增至10.27μm。研磨盘偏摆运动有利于优化研磨轨迹,但增大了球体受力的不均匀性,不利于改善氮化硅陶瓷球平均球直径变动量与批直径变动量,在实际加工过程中,研磨盘偏摆角需控制在0.02°以内。     

润滑油黏度对全陶瓷球轴承腔体温度场分布规律的影响

为揭示全陶瓷球轴承在油润滑条件下内部温度场分布及变化情况,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以7007C氮化硅全陶瓷角接触球轴承为研究对象,利用仿真软件模拟分析不同工况和润滑油黏度条件下全陶瓷球轴承腔体内部温度场及润滑油的分布状态;在轴承寿命试验机上进行相同条件下全陶瓷球轴承的动态特性试验,研究在油润滑工况下全陶瓷球轴承的温升特性。结果表明：随着轴承转速的提高,全陶瓷球轴承腔体内温度呈增大趋势,腔体内润滑油体积分数呈减小趋势;更换不同黏度润滑油发现随着润滑油黏度的增大,全陶瓷球轴承腔体内温度场呈现先减小后增大的趋势,存在最优黏度值使全陶瓷球轴承腔体温度达到最小值,轴承服役性能表现最佳。研究成果为实际生产中全陶瓷球轴承最优润滑油的选择提供了技术参考。     

Si3N4陶瓷球研磨轨迹分析及其对表面质量的影响机制

目的 明确在相同的研磨液配比、磨料类型,不同的研磨盘转速、研磨装置施加的载荷、磨粒粒径下,陶瓷球研磨轨迹对陶瓷球表面质量的影响,确定锥形研磨法加工的氮化硅陶瓷球的最优研磨参数,提高陶瓷球的表面质量。方法 首先建立研磨盘和氮化硅陶瓷球的相对运动模型,利用MATLAB模拟不同研磨参数的下氮化硅陶瓷球的研磨轨迹,分析得到研磨参数和研磨轨迹的变化关系;再利用锥形研磨装置进行单因素实验验证,参与实验的3个变量设定为磨粒型号(粒径)、研磨盘转速和研磨装置施加载荷,将实验结果取样,通过粗糙度仪测量球体的表面粗糙度,用扫描电镜和超景深三维显微镜检测研磨后的陶瓷球表面形貌,结合仿真分析和实验结果探究研磨参数对加工后表面质量的影响。结果 将不同仿真轨迹下得到的研磨参数变化规律与实验结果相结合,得到了最佳的研磨参数,即研磨盘转速为50 r/min,施加的载荷为1.30 N,磨粒类型为W7。在此条件下得到的陶瓷球表面的粗糙度为0.009 6 μm,基本能达到实际生产中对G3级精度全陶瓷球的质量要求。结论 陶瓷球的表面质量受到研磨盘转速、研磨装置施加载荷及磨粒粒径的影响较大,由仿真分析和实验结合可知,在研磨过程中随着磨粒粒径的减小,以及研磨盘转速和载荷的下降,陶瓷球的研磨轨迹趋于稀疏,表面粗糙度Ra呈下降趋势。研磨氮化硅陶瓷球时取粒径较小的磨粒,以较低的研磨盘转速和较小的研磨装置施加载荷有利于提高其表面质量。此研究成果对提高陶瓷球的表面质量具有重要的指导意义。     

全陶瓷球轴承油润滑特性及其对服役性能影响规律

相比于金属球轴承,全陶瓷球轴承在极端工况下的服役性能更加突出。为了揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以6208CE氮化硅全陶瓷深沟球轴承为例,对其在油润滑工况下所表现出的摩擦、振动、温升等特性进行试验研究,探讨供油量对全陶瓷球轴承润滑状态的影响,并对试验后的全陶瓷球轴承接触微区表层进行解析。研究发现：全陶瓷球轴承油润滑服役过程中,在某个特定工况下存在一个最佳供油量,使得轴承可实现全膜润滑,从而表现出最好的摩擦、振动、温升等特性;小于最佳供油量时,为乏油状态,轴承接触微区存在油-固混合润滑状态;大于最佳供油量时,过多润滑油液会产生的黏滞阻力;相比于载荷,轴承的转速对最佳供油量的取值具有决定性影响。研究成果对于揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,丰富其润滑理论与方法具有一定指导意义。     

基于ABAQUS的岩石节理特征对滚刀破岩影响研究

目的研究岩石节理特征对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀破岩的影响,提高滚刀破岩效率.方法利用ABAQUS对含有不同节理特征的岩石进行建模仿真,模拟TBM滚刀切割含有不同节理特征岩石的过程,并观察分析其破碎效果.结果节理岩石破碎后的塑性应变在节理面处向岩石内部延伸;岩石的节理间距越大,岩石的破碎量越小;在节理间距相同的条件下,节理倾角为60°时,岩石破碎效率最高,而在节理倾角为90°时,岩石破碎效率最低.结论岩石的节理倾角对节理岩石裂纹的扩展有影响,而节理间距为150 mm时对其裂纹的扩展基本没有影响;当节理间距在80~100 mm范围内变化时,节理间距对岩石破碎效率影响较大.研究结果对于理解滚刀破岩机理,优化滚刀布置和提高掘进机刀具破岩效率具有重要意义.     

基于TBM双滚刀破岩仿真的实验研究

为了提高滚刀破岩效率,探究滚刀间距及加载方式对全断面硬岩掘进机(Full Face Rock Tunnel Boring Machine,简称TBM)滚刀破岩效果的影响.以滚刀破岩机理、岩石破碎理论为基础,选择某类花岗岩,通过有限元分析软件ABAQUS建立一系列滚刀破岩模型,对TBM刀盘结构设计进行研究,模拟不同刀间距、不同加载方式的双滚刀对破岩效果影响.通过模拟分析得出:在一定地质条件下,滚刀顺次加载和同时加载时的最优刀间距均是80mm,但是顺次加载的破岩效果要优于同时加载.通过实验数据分析得出破岩比能在刀间距为80~90mm时最小,从而验证了仿真模拟的正确性与合理性.研究成果对于探究双滚刀破岩机理、加快国内TBM设计理论与工程应用研究有一定帮助.