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。     

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。     

单颗粒磨削合金钢20CrMo磨削力仿真

根据单颗CBN磨粒的实际几何特征和磨削特点,CBN磨粒被简化成切头方锥形,分别建立了单颗CBN磨粒微切削合金钢20CrMo的力学模型和相应的有限元仿真模型,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理和磨削力。研究结果表明:磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑,但是当磨粒前角比较小时很难形成连续的磨屑;研究了磨粒速度、切削深度及前角变化对法向及切向磨削力的影响规律。     

面齿轮磨削力建模与工艺影响分析

建立了碟形砂轮磨削面齿轮的理论模型.应用切斜面磨削理论,将不规则的曲面齿面等效转化为平面,结合Gleason点接触椭圆等特征,方便对磨削力进行分析求解.将砂轮上的工作磨粒数均匀划分成单颗磨粒成屑力与滑擦力个体,精确阐述砂轮在磨削面齿轮时的磨削力.经过实验结果与仿真数值的比照分析得到磨削力对磨削用量的影响参数,实验结果表明,砂轮转速与面齿轮磨削力成反比例关系,工件进给速度与磨削速度与面齿轮磨削力成正比例关系.通过磨削力的实验结果与仿真数值对比分析,可得出最大相对误差为１７.９％,此数据证明了建立的模型与实验结果较为契合,能够很好地反映磨削力与磨削用量之间的关系变化,在提高面齿轮磨削精度与工艺上提供了基础的理论依据.     

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。     

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。     

硬质合金弧面磨削方法试验研究

通过分析单颗磨粒运动轨迹、单颗磨粒工件接触面积和弧面磨削走磨法砂轮动态有效磨刃数之间的关系,建立了弧面磨削走磨法磨粒的运动轨迹和磨削动态有效磨刃数N_d方程,并利用试验验证了弧面磨削走磨法的有效性。结果表明：在同等磨削条件下,采用弧面磨削走磨法单件产品的加工时间是成形磨削法的37.5%,弧面磨削走磨法砂轮保持性是成形磨削法的2.3倍,弧面磨削走磨法在硬质合金弧面磨削加工方面有较大优势。     

TC4钛合金纵扭超声磨削力热耦合模型及其试验研究

为探究TC4钛合金纵扭超声磨削过程中的力热耦合机理,基于TC4钛合金纵扭超声磨削的磨削力模型、工件表面平均温度模型、质量热容计算表达式建立了其力热耦合模型,并对力热耦合作用下TC4钛合金纵扭超声单颗磨粒去除过程进行有限元仿真,分析磨削力、磨削温度的相互影响特性。理论与仿真研究发现,磨削区剧烈的温升会降低钛合金抵抗塑性变形的能力,抑制磨削力的增长速率。最后通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验进行验证,结果表明,纵扭超声的引入能明显降低磨削力和磨削温度,磨削力和磨削温度的降低幅度分别达到19.39%和12.41%;磨削温度随着磨削深度、砂轮转速和工件进给速度的增大而升高,且随着磨削温度的升高磨削力增长趋势变缓;磨削力和磨削热的减小使工件表面塑性变形和犁沟两侧的塑性隆起高度减小;与普通CBN磨削相比,纵扭超声的引入对表面粗糙度的降低幅度可达到31.21%,在一定范围内增大超声振幅能显著提高加工表面的质量。     

单颗磨粒磨削机理与数据融合驱动的磨削过程建模分析

实现磨削过程的精准预测对于实现我国节能减排的目标具有重要意义。针对现有磨削能耗研究无法准确表征出磨削能量流动情况和未考虑能耗动态变化数据等问题,提出一种基于单颗磨粒磨削机理与数据融合驱动的磨削过程建模分析方法。建立了考虑磨粒的尺寸、位置、角度、出刃高度的砂轮表面形貌模型,推导了磨粒与工件材料接触分析情况的数学表述模型,探讨了基于不同磨粒形状的磨削力与能耗模型的建立方法;在此基础上,建立了零件磨削机理与数据分析相融合的动态自学习能耗预测模型。实验结果表明融合模型的相对误差平均值为3.630 7%,不仅可以揭示磨削过程能量的生成和演变机制,更能够实现对磨削结果的精准预测。     

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。     

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.     

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。     

磨粒族有序化排布砂轮磨削TC4的磨削力的实验研究

为了获得不同有序化排布砂轮的磨削力的变化情况,基于生物学中的叶序排布理论,利用电解蚀刻技术和复合电镀工艺提出并制造出来一种新型的磨粒族有序化排布超硬磨料砂轮即磨粒族叶序排布砂轮,并利用其和磨粒族错位排布砂轮及磨粒族无序排布砂轮对钛合金TC4进行磨削实验,分析了它们的磨削力随着进给速度和磨削深度的变化规律。实验结果表明:在相同的磨削实验条件下,磨粒族叶序排布砂轮的磨削力小于磨粒族错位排布砂轮和磨粒族无序排布砂轮。     

钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的磨削力研究

采用钎焊金刚石砂轮对两种硬质合金进行磨削实验,通过测量磨削过程中的磨削水平力和垂直力,对砂轮所受的单位宽度法向力、切向力和力比进行了研究。建立了单颗磨粒磨削力与加工参数间的理论模型,并用实验数据进行验证。理论分析了磨削深度、进给速度对单位宽度磨削力、单颗磨粒磨削力及力比的影响程度。     

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。     

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。     

曲线磨削受力模型建模研究

曲线磨削常用于高强度模具、刀具等轮廓类零件的加工,属于干式磨削,加工过程中的动态磨削力和零件制造性能密切相关.基于切屑分离准则和材料摩擦属性,对曲线磨削中单颗磨粒的受力状态进行分析,建立曲线磨削单颗磨粒的受力模型.针对曲线磨削圆弧砂轮的加工特点,计算砂轮刀尖轮廓微元磨削力,然后通过整个砂轮刀尖圆弧积分,建立砂轮的整体受力模型.在此基础上,设计了曲线磨削试验,用于确定模型参数,并对所建立的受力模型进行检验.试验结果表明,所建立的受力模型磨削力预测效果良好,理论值和试验值的平均偏差在10％左右.     

运用LS-DYNA的轴向缓进给磨削工程陶瓷的有限元仿真

介绍了轴向缓进给磨削加工原理,建立了单颗金刚石磨粒磨削工程陶瓷的仿真模型,并就磨削力在X、Y、Z向上的分力对仿真结果的影响进行分析。最后通过对不同磨削条件下的单颗金刚石磨粒的磨削过程进行仿真,研究了砂轮转速、砂轮轴向进给速度、工件转速,以及磨粒锥角对磨削力的影响。     

磨削加工中砂轮堵塞钝化问题的研究

磨削加工中，不仅磨粒的尺寸、形状和分布对加工过程中有影响，而且砂轮的气孔状况也起着重要的作用。往往在加工韧性金属时，出现砂轮的急剧堵塞钝化，导致砂轮寿命过早结束。 [1]砂轮堵塞钝化的形成机理 　　嵌入型堵塞主要是磨屑机械地嵌在砂轮空隙里，其中磨屑与磨粒之间并无化学粘着作用发生。而粘着型堵塞的形成过程则是磨屑与磨粒之间产生化学粘合，然后磨屑之间在机械粘力和压力作用下相互熔焊。 　　在磨削碳钢时，当磨粒在金属表面上摩擦或磨削时，磨粒的磨损就开始了，即磨粒的锋利边沿开始被磨去，这就在磨粒上形成一平面。该平…