超声辅助磨削加工碳纤维复合材料的磨削力分析

针对碳纤维复合材料采用普通磨削时存在磨削力大、刀具磨损快、工件加工效率低等问题。在国内首次基于超声辅助磨削对航空碳纤维复合材料进行磨削力研究,选择主轴转速、超声振幅、进给速度和磨削深度主要的磨削工艺参数,深入开展航空碳纤维复合材料的超声辅助磨削力对比研究。研究结果表明:加工碳纤维复合材料工件时,超声辅助磨削能明显降低磨削力,即使在最差的加工条件下,即较低的主轴转速、较高的进给速度、较大的磨削深度的条件下,超声辅助磨削对磨削力的降低作用越显著。超声辅助磨削无论在航空碳纤维复合材料的粗加工还是在精加工中,都能达到更好的加工效果,在改善航空碳纤维复合材料的加工条件、增加工具使用寿命和提高加工效率上都有明显的作用。     

SiCf/SiC复合材料超声辅助磨削试验研究

连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/SiC)具有密度低、模量高、强度高、耐高温和抗氧化等优点,在航空航天领域具有广阔的应用前景。针对SiC_f/SiC复合材料加工过程中易产生纤维断裂、翘曲和拔出等问题,采用电镀金刚石磨头对SiC_f/SiC复合材料进行超声辅助磨削试验研究,测量并对比超声辅助磨削与普通磨削在不同磨削参数下磨削力和磨削力比的变化,观察加工表面质量。结果表明：超声辅助磨削能显著降低SiC_f/SiC的磨削力比并提升表面质量,但当磨削速度不断增加时,超声辅助加工的效果减弱并趋于普通磨削。     

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。     

磨削纤维角对碳纤维复合材料磨削性能的影响

为了研究单向碳纤维复合材料在不同磨削纤维角(磨削方向与纤维取向之间的夹角)下表面的磨削特性和机理,通过一系列磨削实验,研究了磨削纤维角对磨削力、粗糙度和表面形貌的影响,并用扫描电镜(SEM)对磨削加工表面的特征进行了分析.结果表明:不同磨削纤维角下的磨削力遵循45°>90°>0°的顺序;表面粗糙度恰好与此相反,磨削纤维...     

超声辅助加工中磨削热模型的建立与验证

对超声振动辅助磨削碳纤维复合材料过程中产生的磨削热进行研究。在特定的条件下,建立了相应的磨削热传递模型并对此模型进行了有限元仿真;在相同的条件下,通过工件上布置的光纤光栅传感器测量超声振动辅助磨削碳纤维复合材料在实际加工中产生的磨削温度。对比仿真与实验结果,验证了磨削热传递模型的正确性。结果表明:磨削热传递模型可以很好地预测磨削过程中热量的传递状态,为后续优化实验参数、提高工件表面质量提供了理论依据,具有较高的实用价值。     

单颗磨粒超声辅助磨削SiC陶瓷材料去除机理

为研究不同磨削速度下超声振动作用对SiC陶瓷磨削过程中材料去除机理的影响,采用钎焊单颗金刚石磨粒工具,基于连续变磨削深度试验方法,在SiC陶瓷抛光表面开展了超声辅助磨削与普通磨削对比试验.结果表明,随着单颗磨粒磨削深度的逐渐增大,SiC陶瓷超声辅助磨削与普通磨削时的材料去除机理均经历了塑性去除→脆-塑转变→大尺寸脆性...     

SiCp/Al复合材料旋转超声辅助磨削的试验研究

铝基碳化硅颗粒增强复合材料(SiCp/Al)有许多优异的特性,但其加工非常困难,限制了该种材料在工程中的应用。旋转超声辅助磨削加工非常适合中、高体分SiCp/Al复合材料的加工。针对增强体体积分数45%、增强颗粒尺寸3μm、基体材料A12的SiCp/Al复合材料进行了实验研究,分析了加工表面形貌、表面粗糙度和切削力随切削参数的变化规律。实验结果表明,工件加工表面质量较高,表面粗糙度Ra值在0.131~0.340μm之间;切削过程平稳,轴向切削力Fz值在23.33~51.31N。     

碳纤维增强复合材料低温冷风磨削试验研究

采用SD80N100B金刚石砂轮开展了单向碳纤维复合材料的低温冷风磨削与常温干式磨削的对比试验研究,探讨了低温冷风与磨削参数对碳纤维复合材料磨削性能的影响。采用扫描电镜与超景深电子显微镜观察了磨削后的表面形貌和亚表面损伤情况,并分析了表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：与常温干式磨削相比,低温冷风磨削的磨削力增大,表面粗糙度减小;在低温冷风和常温干式两种磨削方式下,纵向90°磨削较其他磨削方向的磨削力更大,表面粗糙度更小。     

磨削用量对超声辅助磨削碳化硅效果的影响

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。在超声振动方向垂直于加工表面的条件下,采用金刚石杯形砂轮对碳化硅陶瓷进行超声辅助磨削与普通磨削试验。对两种方法的磨削力、力比及加工表面粗糙度进行了对比分析,并讨论了磨削用量变化对两种方法在上述指标中差异程度的影响。结果表明,与普通磨削相比,超声辅助磨削可显著降低磨削力,但一定程度上将导致加工表面质量变差。随着磨削用量的增大,超声辅助磨削与普通磨削之间的差异逐渐减弱,超声辅助磨削效果逐渐消失。     

超声振动辅助磨削加工表面质量的研究

为了提升难加工材料的表面质量,降低工件表面的损伤,对砂轮施加轴向超声振动,引入数学模型并基于MATLAB对工件表面质量进行仿真,结果表明:超声振动辅助磨削能明显提升工件表面加工质量,在一定的范围内,振动频率、幅值与主轴转速的增加可以优化表面质量,进给量与切削深度的增加会削弱超声振动的优化效果.     

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%)。     

超声辅助磨削碳化硅陶瓷的工具磨损试验研究

为探究超声辅助磨削过程中不同工具的磨损特征,采用电镀和钎焊两种金刚石磨头对碳化硅陶瓷进行了超声辅助磨削和普通磨削对比试验,研究了超声振动作用、工具类型对磨粒磨损形式及其变化过程的影响,在此基础上分析了磨粒磨损形式对工件表面质量的影响.试验结果表明:对于电镀磨头,普通磨削和超声辅助磨削过程中的磨粒磨损形式均以磨耗磨损和宏观破碎为主,超声振动作用可有效改善加工表面质量;而对于钎焊磨头,普通磨削的磨粒磨损形式主要是磨耗磨损和宏观破碎,超声辅助磨削的磨粒磨损形式主要是磨耗磨损和微破碎,初始阶段超声振动作用可改善表面质量,但随着磨削行程的增加,微破碎形式的占比增高,超声辅助磨削时的工件表面粗糙度值高于普通磨削时的工件表面粗糙度值.     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

介绍了采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究.试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损,前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃.超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性.刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工.     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损、前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃。超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性,刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工。     

氧化锆陶瓷超声磨削实验及磨削力模型研究

为了研究氧化锆陶瓷超声磨削机理,分别设计了超声和非超声磨削情况三因素-三水平的正交试验,基于实验数据开展了磨削力影响因素分析和极差分析,并构建了磨削力模型。研究结论如下:超声磨削情况下,磨削力随主轴转速的提高而降低,随磨削深度、进给速度的增大而增大;沿进给方向的力和沿磨削宽度方向的磨削力主次影响顺序为主轴转速、磨削深度、进给速度,沿磨削深度的磨削力主次影响顺序为主轴转速、进给速度、磨削深度;非超声磨削情况下,磨削力随主轴转速和磨削深度的增大而降低,随进给速度的增大而增大;三个方向的磨削力的主次影响顺序都为主轴转速、进给速度、磨削深度。对比超声和非超声,发现超声磨削情况下可获得20%～30%磨削力减小,且超声对金刚石磨头的磨损程度最小。研究可为氧化锆陶瓷磨削机理研究提供重要参考。     

单晶硅的磨削辅助电火花线切割机理研究

针对目前磨削辅助电火花线切割(A-WEDM)微观切割机理尚不明确的问题,以单晶硅为加工对象,通过设计电路对最大放电间隙进行了测量。通过采集和分析加工中的放电波形、观测加工后工件表面形貌同时比较磨粒出刃高度与放电间隙的大小,研究了A-WEDM材料去除机理。考察了4个因素(脉冲宽度、占空比、进给速度和线锯速度)对A-WEDM切割单晶硅的材料去除率和表面粗糙度的影响。实验结果表明,A-WEDM切割单晶硅的最大放电间隙为57μm,在加工的初始阶段先产生放电腐蚀作用;当加工处于稳定阶段时,在每个脉冲宽度内,工件材料在放电腐蚀与金刚石颗粒磨削的耦合作用下被去除;而在每个脉冲间隔内,放电腐蚀作用停止,金刚石颗粒的磨削作用仍然存在,从而去除了放电产生的部分重铸层与电蚀坑。     

陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。     

超声辅助磨削石英玻璃实验及磨削力影响因素探究

为深入研究石英玻璃的磨削机理,设计了超声和非超声条件下石英玻璃磨削三因素四水平正交试验,开展了影响因素分析和极差分析,探究主轴转速》进给速度》磨削深度对磨削力的影响规律,构建了简化磨削力模型.通过研究实验数据发现:磨削力随进给速度增大而增大,随磨削深度的增大而增大,随机床主轴转速的增大而减小.在超声环境下,磨削力相对于...     

超声振动铣削碳纤维复合材料表面特征研究

采用超声振动铣削和普通铣削对碳纤维复合材料进行试验研究.试验结果表明,在两种加工方式下,工件表面都产生裂纹、纤维束撕裂、纤维拔出和分层等变形缺陷;在超声加工条件下增强体碳纤维束以直接被剪断为主,表面凹坑少,纤维束与碳基体交界处裂纹和分层不明显,碳基体表面有明显的沟槽产生,且沟槽浅而宽,成规律分布,平均宽度7-8μm;而在普通加工条件下,碳纤维束上的凹坑和空洞较多,碳纤维丝被拔出的几率很大,纤维束和基体交界处,存在很大的裂纹,分层也十分明显,碳基体表面也有明显沟槽m现,但是沟槽混乱,断续现象严重,工件表面呈现完全的脆性断裂,表面质量很差.     

碳纤维复合材料铣削加工研究进展

介绍碳纤维增强树脂基复合材料的特点、应用现状和加工难度,综述近10年碳纤维增强树脂基复合材料铣削机理(刀具磨损、切削力、表面质量、切屑形成机理)的研究进展,并讨论其将来的研究趋势。