氧化锆陶瓷超声辅助磨削表面质量试验研究

为研究不同工具对超声辅助磨削后工件表面质量的影响,在超声振动方向垂直于磨削表面的条件下,采用电镀磨头与钎焊磨头,针对氧化锆陶瓷开展了超声辅助磨削试验,对2种磨头普通磨削及超声辅助磨削所获得的加工表面形貌及表面粗糙度进行了对比分析。结果表明,相同磨削用量条件下,电镀磨头磨削后的工件表面相对于钎焊磨头破碎现象有所加剧,表面质量较差;钎焊磨头磨削后工件表面塑性去除区域较电镀磨头增长明显;在超声辅助磨削条件下,钎焊磨头磨削后的工件表面粗糙度Ra的下降幅度最大为33.6%,优于电镀磨头磨削后的工件表面粗糙度Ra的最大下降幅度(25.7%)。     

电镀金刚石微磨具磨损机理分析与试验研究

微磨削加工中磨粒的微观作用机理对研究微磨具的整体磨损和微磨具使用寿命的预测十分重要。分析电镀金刚石微磨具的磨损机理,针对微磨削区的复合作用过程与微磨具磨损形式的主要特征进行了几何与数学建模。通过考虑最小切屑厚度与尺寸效应等因素后提出并建立了微磨具磨粒微观磨损的数学模型,为了验证此模型的有效性,针对钠钙玻璃材料进行了不同磨削参数下的微磨削试验,分析微磨具磨损前后的磨头直径、磨损与破碎磨粒所占磨粒总数的比例和加工后试件表面粗糙度的变化规律。试验结果表明:加工后的试件表面质量越好磨损越缓慢;随着微磨削试验的进行,微磨具磨头直径经历了快速急剧减小和缓慢稳定减小两个阶段。磨损和破碎磨粒所占比例与磨损速度随主轴转速与进给率增大而增大,磨损和破碎磨粒的比例整体呈线性增长趋势。为提高微磨具的加工性能和延长微磨具的使用寿命提供了理论参考和试验依据。     

氧化锆陶瓷超声辅助磨削材料去除机理试验研究

为研究超声振动作用对先进陶瓷磨削材料去除机理的影响,文章在超声振动方向垂直于磨削表面条件下,采用钎焊磨头对氧化锆陶瓷开展了超声辅助磨削（ultrasonic assisted grinding,UAG）试验。基于磨削表面微观形貌、磨削力和磨削比能分析,对变磨削深度条件下普通磨削（conventional grinding,CG）与超声辅助磨削的材料去除机理进行了对比。结果表明：当磨削深度低于10μm时,两种方法对应的表面材料去除机理均以塑性去除为主,且普通磨削表面伴有片层状破碎,而超声辅助磨削表面则存在尺寸细小的纹路状微破碎,同时磨削力与磨削比能也较低。当磨削深度超过10μm后,材料去除机理均转变为脆性断裂模式,且加工表面出现微裂纹,但相同条件下超声辅助磨削表面微裂纹尺寸较小。     

树脂结合剂金刚石砂轮磨削蓝宝石的磨损过程研究

为了研制用于蓝宝石减薄磨削的高性能树脂结合剂金刚石砂轮,对蓝宝石磨削过程中金刚石磨粒的动态变化及蓝宝石加工表面粗糙度进行研究。动态监测树脂结合剂金刚石砂轮磨削蓝宝石基片的表面质量、砂轮磨损及其磨损形式、砂轮不同磨损阶段的磨损形式变化及蓝宝石表面粗糙度Ra的变化。结果表明,砂轮初期磨损阶段磨粒破碎较为明显,后期磨损阶段磨粒脱落、黏附磨损占比较大达到45%,砂轮稳定的损耗速率为0.027 3 mm~3/s,磨耗比为17.37,蓝宝石最低粗糙度可以达到Ra0.260μm。为树脂结合剂砂轮制备的优化及蓝宝石背面减薄的磨削工艺优化提供了依据。     

基于单颗磨粒磨削的超声振动参数与磨削参数匹配性研究

超声辅助磨削是一种适于加工陶瓷等硬脆材料的先进复合加工技术。超声辅助磨削过程中,超声振动参数与磨削用量的匹配性决定了超声振动作用对磨削过程的影响程度,目前尚缺乏深入的研究。针对这一问题,采用单颗磨粒工具对SiC陶瓷工件抛光表面进行超声辅助磨削及普通磨削试验,通过单颗磨粒磨削力、力比、磨削划痕形貌的对比,分析超声振动作用对磨削过程的影响随磨削用量变化的规律。结果表明,相同条件下单颗磨粒超声辅助磨削的磨削力与力比均小于普通磨削时;磨削用量较小时,单颗磨粒超声辅助磨削划痕形貌呈明显的锤击作用及断续磨削特征。随磨削用量的增大,超声辅助磨削过程中的锤击作用显著弱化,断续磨削特征趋于消失,两种方法之间的磨削力差异减小,即超声振动参数与磨削用量的匹配性变差。     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

感应钎焊温度对立方氮化硼砂轮磨削性能的影响

利用超高频感应钎焊在不同钎焊温度条件下制备立方氮化硼(CBN)砂轮,采用扫描电子电镜（SEM）和能量分散谱仪（EDS）对磨粒表面新生化合物进行观察与分析,并通过与电镀CBN砂轮进行比较,对感应钎焊CBN砂轮的磨削性能进行评价。结果表明：CBN磨粒界面新生化合物主要组成元素有N、B、Ti三种,活性元素Ti发生扩散并与N和B发生化合反应;当感应钎焊温度为940℃时,磨粒表面生成物致密覆盖在表面,且所制备的CBN钎焊砂轮的磨削力和磨削比能较小。在相同磨削用量下,对电镀CBN砂轮和感应钎焊CBN砂轮的磨损形式进行对比分析发现,电镀CBN砂轮的磨损形式为黏附磨损,钎焊CBN砂轮的磨损形式为破碎磨损。     

一维斜向超声振动辅助磨削滚动轴承钢工艺及试验研究

针对目前只有一维轴向、一维切向等振动方向不变的一维超声振动辅助磨削的情况,首次提出了一维斜向超声振动辅助磨削工艺方法。利用MATLAB对一维斜向超声振动辅助磨削磨粒的运动轨迹进行了模拟分析。建立了超声振动试验系统的动力学模型。通过对超声振动工作台的模态分析,研制了一维斜向超声振动辅助磨削试验系统,对不同角度下超声振动辅助磨削滚动轴承钢的磨削力及表面粗糙度值进行了研究,探究了磨削力及表面粗糙度值随超声振动方向的变化规律。多次试验结果表明,超声振动角度为67.5°附近的表面粗糙度值明显优于其他角度的表面粗糙度值,磨削力也有减小。对正交试验结果的极差分析得出：当超声振动角度为67.5°、砂轮速度为20m/s、工件速度为0.5m/min以及磨削深度为4μm时,加工后的工件表面粗糙度达到最低值,其中工件速度是影响表面粗糙度的最重要工艺参数。     

金刚石纤维砂轮的制备及磨削表面质量研究

提出和制备一种新型结构的金刚石纤维砂轮。利用粉末注射成形技术和真空钎焊技术制备出长径比大、金刚石把持力大的金刚石纤维,通过在砂轮胎体材料中添加造孔剂引入多孔隙结构以提高容屑空间,将金刚石纤维在砂轮胎体材料中进行有序排布,对砂轮胎体材料进行热压成形制备出新型金刚石纤维砂轮。新型金刚石纤维砂轮制备后,开展其与普通树脂结合剂金刚石砂轮在相同试验条件下的磨削表面质量研究。试验结果表明:金刚石纤维砂轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂砂轮,加工表面完整性较好,宏观裂纹和表面损伤相对较少;当进给速度为40 mm/s,磨削深度为40μm时,金刚石纤维砂轮磨削表面粗糙度为0.52μm,比普通树脂结合剂砂轮的磨削表面粗糙度降低了20%;相同试验条件下,新型金刚石纤维砂轮的磨削表面残余应力下降了8%~12%,金刚石在磨削过程中主要经历了完整、小块破碎、大块破碎、磨耗等正常磨损形式,其具有较长的使用寿命。     

三维超声辅助磨削的表面质量研究

针对三维超声辅助磨削加工方法的研究,建立砂轮磨粒切削运动模型,推导单颗磨粒切削轨迹方程,通过仿真分析二维和三维超声辅助磨削单颗磨粒切削轨迹,初步得出三维超声辅助磨削有望得到更优的表面质量。通过三维超声辅助磨削加工试验并观测陶瓷试件的表面粗糙度和微观形貌,证明三维超声辅助磨削的陶瓷表面粗糙度值相对较小,表面轮廓相对平整,三维超声辅助磨削能得到比二维超声辅助磨削更优的表面质量。