基于ABAQUS的单颗磨粒磨削GH4169高温合金有限元分析

通过建立单颗磨粒磨削模型,采用ABAQUS软件对GH4169高温合金的磨削过程进行有限元仿真,探究单颗磨粒在不同参数下对GH4169高温合金工件磨削过程的影响。研究表明：磨粒从切入工件后到切出工件前,磨削力稳定波动,且与磨粒前角和磨削深度显著相关,切向磨削力随着磨粒前角增大而显著减小,随着磨削深度的增大而显著增大;最高磨削温度出现在磨粒切入工件的时刻,且与磨粒前角、磨削深度和磨削速度相关;磨粒前角对磨屑的形状影响显著,磨粒前角越大,磨屑越难排出,磨削速度对磨屑的形状影响较小,磨削深度影响磨屑的厚度和长度。     

TC4钛合金平面磨削力分析与验证

磨削力对磨削温度、砂轮磨损等有重要影响,是评判TC4钛合金磨削性能的关键指标。由于砂轮磨粒大小、形状差异以及分布的随机性,磨削过程难以定量表述,已有磨削力模型的推导大部分基于一定的假设,与实际存在偏差。通过磨屑变形力与磨粒横截面积的关系以及法向压力与压入深度的关系建立了单颗磨粒磨削力模型;基于磨屑的横截面积与工件体积去除率,建立单颗磨粒磨削力与单位宽度磨削力的联系,进一步推导出TC4钛合金的平面磨削单位宽度磨削力模型。结合实验数据,得到试验条件下的磨削力解析式。分析表明：法向磨削力的平均相对误差为4.9%,切向磨削力的平均相对误差为5.1%。     

基于单颗磨粒的高速外圆磨削成屑机理研究

高速磨削是解决磨削效率和磨削质量完美统一的一种可能途径,但对于高速外圆磨削机理的研究并不多见。基于切削仿真软件,构造了单颗磨粒高速外圆磨削仿真模型,对高速外圆磨削机理进行了仿真试验研究,研究结果表明:钛合金在单颗磨粒高速磨削作用下经历了滑擦→耕犁→成屑→滑擦4种状态变化;工件在磨屑形成之前,力与温度均呈上升趋势,随着工件温度的升高,磨削力出现拐点并急剧下降,成屑过程中磨削温度达到最高值时,磨削力降至最小值。     

21NiCrMo5H齿轮钢超声磨削力建模研究

磨削力的建模研究是认识超声磨削机理的重要基础。在超声磨削单颗磨粒运动特性分析基础上,基于工件上被切削掉的磨屑体积应等于砂轮磨削去除的体积的原则,推导出超声磨削平均未变形磨屑厚度公式,得到切屑变形力模型;考虑超声振动对摩擦因数的影响,建立磨粒与工件摩擦力模型。综合切屑变形力模型、摩擦力模型,推导出超声辅助磨削下的磨削力模型,进行21NiCrMo5H齿轮钢材料渗碳淬火后超声磨削试验研究,确定磨削力模型中相关材料系数,得到超声磨削力模型。与现有文献的计算模型相比较,给出的超声磨削力模型与磨削试验测量结果具有更好的一致性,并对超声磨削机理提出了新的认识,为后续研究提供更多的参考与基础。     

金属结合剂杯形小直径CBN砂轮端面磨削沟槽底面时砂轮的自锐效应

金属结合剂杯形小直径CBN砂轮端面磨削沟槽底面时 ,砂轮磨削力不随砂轮累积磨削行程的增加而增大 ,已加工表面粗糙度Rz 稳定在 4μm以下 ,处于持续稳定的正常磨削状态。这缘于磨削过程中CBN砂轮的自锐(Self-dressing)效应 ,即在砂轮磨削的同时砂轮结合剂被连续地去除 (CBN磨粒裸露体积增大 ) ,磨钝磨粒发生龟裂、破碎和脱落 ,不断产生新的磨粒切削刃 ,CBN磨粒切削刃密度保持动态稳定 ,砂轮维持在锋利状态。CBN砂轮自锐效应产生的机理是磨屑与冷却液形成的混合流体对砂轮结合剂产生冲击、冲刷和刻划作用产生了去除砂轮结合剂和梳理磨粒的效果     

超高速点磨削相关机理研究

结合超高速磨削技术和点磨削工艺,给出对点磨削及其相关技术的理解.建立砂轮磨损和承载等模型,研究发现,与传统外圆磨削相比,点磨削砂轮承载更均匀,寿命更长,磨削性能更佳.由点磨削参数条件下的单颗磨粒成屑试验发现,磨粒的实际切深要比理论切深小,并由单颗磨粒成屑机理给出合理解释.由砂轮连续成屑机理和砂轮相对工件运动轨迹的分析发现,工件轴向进给速度应低于保证良好磨削表面的最小旋切圈数的临界值.点磨削是一种优质的旋切工艺,能够实现较大切深的磨削加工,兼具高材料去除率和高表面质量的优点.由于主轴偏摆,砂轮和工件接触无闭合磨削区,经湿磨试验发现,点磨削接触区内有更大流量的磨削液通过.     

6061-T651铝合金单颗磨粒磨削仿真

通过简化并建立单颗磨粒磨削模型,采用ANSYS LS-DYNA进行对6061-T651特种铝合金磨削过程的理论研究和仿真分析,总结了单颗磨粒的磨削速度、磨削深度等工艺参数对磨削力大小以及磨屑的影响。研究表明:随着磨削速度的增加,单个磨料颗粒的磨削力减小,并且递减速率呈先增大后减小的趋势;而磨削深度的增加则会使单个磨料颗粒的磨削力增大,且递增速率逐渐减缓。磨削过程中,磨屑形状受加工参数的影响,其中,磨削深度对磨屑形状的影响比磨削速度对磨屑形状的影响更大。     

磨粒时变与切向超声振动辅助磨削力研究

根据砂轮表面磨粒磨削加工特性,提出时变分析方法。对单颗磨粒进行受力分析,采用概率统计方法控制磨粒尖端顶锥角度、磨粒平均直径进行时变,使磨削区域内参与切削、滑擦磨粒的数量等参数变化,实现磨粒时变,建立了切向超声振动辅助磨削力数学模型。试验研究表明:磨削力法向预测值与试验值误差在10%左右;磨削力切向预测值与试验值误差在15%左右;磨粒时变分析方法在切向超声振动辅助磨削中具有一定适用性,此模型能够精确预测磨削力。     

合金钢20CrMo的单颗磨粒高速磨削仿真研究

磨削是磨具表面大量形状各异且复杂多边形的磨粒参与切削工件的加工工艺,其过程复杂、试验观察困难,从而单颗磨粒切削研究成为研究磨削机理的重要手段。根据单颗磨粒的切削特点,分别建立其单颗CBN磨粒高速划擦的力学模型和有限仿真模型,利用数值仿真软件Matlab及有限元软件Abaqus对合金钢20Cr Mo的磨削进行了仿真研究。仿真结果表明单颗磨粒高速划擦的力学模型的正确性,同时分析了未变形切削厚度与其它磨削工艺参数在单颗磨粒切削过程中对磨削力的影响规律。     

钛合金Ti6Al4V高速磨削试验研究

为实现难加工材料钛合金的高效磨削,进一步发挥高速磨削的潜力,开展了钛合金Ti6Al4V高速磨削工艺试验研究,对磨削过程的磨削力、磨削比能以及磨削温度随单颗磨粒最大切屑厚度agmax的变化特征进行了分析。研究结果表明：不同砂轮线速度vs条件下,磨削力、磨削比能及磨削温度三者随单颗磨粒最大切屑厚度agmax变化的特征曲线略有不同,具体表现为,单颗磨粒最大切屑厚度agmax一定条件下,磨削力及磨削比能随着磨削速度的提高呈减小趋势,磨削温度则呈上升趋势,同时钎焊CBN砂轮的磨削力、磨削比能低于陶瓷结合剂及电镀CBN砂轮的磨削力、磨削比能,因此,利用钎焊CBN砂轮磨料有序排布的优势,选择合理的单颗磨粒最大切屑厚度,可在提高砂轮线速度的同时提高进给速度,从而提高磨削效率,实现钛合金的高速高效磨削。     

基于数理统计模型CBN砂轮磨削力的仿真与试验

基于砂轮表面磨粒数理统计方法,建立了单颗磨粒模型,运用DEFORM-3D有限元软件进行了GCr15轴承钢磨削仿真。通过仿真分析表明:切向磨削力和法向磨削力随砂轮线速度的增大而减小,随磨削深度的增大而增大,法向磨削力与切向磨削力之比约为5-10。进行了GCr15轴承钢高速磨削试验,通过仿真与试验数据对比,分析了单颗磨粒磨削力与砂轮总磨削力之间的耦合关系,验证了单颗磨粒有限元仿真的准确性,也说明了砂轮表面磨粒数理统计方法的可靠性,为加工前磨削力的预测提供了理论依据。     

金属结合层包覆单列磨粒小直径CBN砂轮端面磨削过程研究

金属结合层包覆单列磨粒小直径CBN砂轮在端面磨削过程中突出高度不同的CBN磨粒相继发生后面磨损、切削刃破碎和脱落,产生了砂轮自锐效应。砂轮磨削力呈现低频起伏和高频波动变化的特征,这是由于磨削过程中CBN磨粒后面磨损钝化使磨削力增大以及随后磨钝磨粒破碎变得锐利使磨削力减小的综合作用结果。砂轮磨削过程受到CBN磨粒性能及其切削刃状态的支配,多晶强韧CBN磨粒(BORAZON550,GE产品)耐磨性改善、磨粒微细破碎保持了砂轮的锐利性,延长了单个磨粒服务时间,突出高度不同的磨粒加入磨削过程的批次效应显著,磨削力低频起伏明显,单晶CBN磨粒(BORAZON500,GE产品)破碎范围大有效降低了磨粒切削刃突出高度、新磨粒加入磨削的过程具有连续性,磨削力高频波动明显。     

磨粒转角对磨削的影响分析

磨粒形状比较复杂,运用DEFORM-3D软件进行棱锥状磨粒的单颗磨粒磨削仿真,分析了磨粒转角对磨屑形状、磨削温度、磨削力的影响,旋转角度分别为0°、10°、20°、30°、40°、45°,通过对比分析得出结论:转动角度为45°时,磨削中最高温度较低,可以降低磨削热;转动角度为0°时,磨削的切向力与法向力较小。不同转动角度下,磨屑的形态与温度的分布不同。     

单颗磨粒高速磨削Ti6 Al4 V仿真与试验验证

基于ABAQUS有限元仿真方法,采用Johnson-Cook材料本构模型模拟了不同磨粒负前角下Ti6Al4V高速磨削时的磨屑形态、磨屑剪切角和磨削力的变化趋势。结果表明:随着磨粒负前角的增加,磨屑剪切滑移程度增大、磨屑厚度增加且趋于扁平状;磨屑初始剪切角不断增加,随后磨屑剪切角在一定范围内波动,随着磨粒负前角的增大,剪切角不断减小;磨削力随着负前角的增大周期性波动变得更加显著,且随着磨粒负前角的增加而不断增加;仿真得到的磨屑形态和磨削力与试验具有较好的一致性。     

基于Deform-2D的单颗磨粒磨削过程的有限元分析

建立了单颗磨粒磨削GCr15轴承钢工件的二维模型,采用Deform-2D大型有限元数值模拟软件对单颗磨粒在不同前角下的磨削过程进行了数值模拟,探究了切屑形成过程,获得了磨削力的变化规律及工件内部的应力场、应变场和温度场的分布情况,并分析了磨粒前角的变化对以上各指标的影响。有限元分析为深入研究轴承钢球磨削机理提供了一种新途径。     

HIPSN陶瓷磨削力试验研究与仿真

为探索金刚石砂轮磨削HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷时,磨削工艺参数对法向、切向磨削力的影响情况。设计正交试验重点研究磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度等磨削工艺参数对法向、切向磨削力的影响规律,同时基于ABAQUS建立单颗金刚石磨粒切削HIPSN陶瓷有限元仿真模型,将试验结果与仿真结果进行对比。结果表明,提高砂轮线速度、减小磨削深度、降低工件进给速度,法向、切向磨削力均减小。磨削力比在(8～15)之间。试验结果与仿真输出结果基本一致,验证了该仿真模型的正确性。     

高速及超高速磨削加工仿真研究

受到试验设备和方法的限制,当前对高速及超高速磨削加工的认识仍不充分.基于碰撞冲击思想,从仿真角度研究了高速及超高速磨削的加工过程;建立了单颗磨粒和多颗磨粒的仿真模型;以此为基础,仿真了CBN砂轮在高速及超高速条件下磨削45号钢的加工过程,重点分析了不同磨削参数和当量磨削层厚度对单位面积磨削力的影响规律.     

超高速磨削冲击成屑模型构建与机理研究

建立了脆性材料压痕实验的理论模型，分析了脆性材料压痕实验条件下的比能，给出了单颗磨粒总比能计算公式。对脆性材料进行了超高速磨削实验，并对实验结果进行分析，得出了超高速冲击条件下，脆性材料可以产生塑性流动破坏的结论。根据实验结果，建立了超高速磨削冲击成屑模型，分析了超高速磨削条件下磨屑形成的基本原理，提出了超高速磨削条件下磨屑形成的新构想。     

基于Abaqus的砂带磨削单磨粒建模与仿真

对砂带磨削中单颗磨粒磨削过程进行了分析与建模,并利用Abaqus软件对具有不同负前角、切削速度与切削深度的单磨粒磨削过程中磨削力和温度的变化进行了仿真。分析结果表明,随着磨粒前角以及磨削深度的增大,磨削力和磨削温度都会增大。当磨削厚度达到一定程度时,将会出现锯齿型切屑,而切削速度对切向力影响较小。     

基于DEFORM-3D单颗磨粒切削仿真与研究

建立了单颗磨粒几何模型,运用DEFORM-3D有限元软件模拟Al2O3磨粒与45钢不同相对位置(旋转角度)时磨削力、等效应力、等效应变与磨削温度的变化规律,仿真结果表明:随着磨粒旋转角度的增大,法向磨削力和切向磨削力都增大,其比值约为(1~1.3),磨削温度先增大后减小,磨粒旋转角度越小,越易形成切屑,等效应力最大位置是磨粒耕犁作用产生的堆积材料挤压周围材料的那部分区域,而等效应变的最大位置是磨粒前刀面与工件接触的区域。单颗磨粒切削仿真为磨削加工之前磨削力与磨削温度的预测提供理论依据,也为砂轮的制备提供了参考。