基于热管技术的磨削弧区强化换热研究

针对高效磨削中存在的磨削弧区热问题,有学者提出借鉴热工领域高效传热的热管技术来实现强化磨削弧区换热的构想。通过对热管砂轮结构的设计以及传热过程的理论分析,确定了影响热管砂轮传热性能的主要因素为工质种类、工质注液量和砂轮转速。并在搭建的传热性能试验平台上完成了热管砂轮基体的传热性能试验,探索了这些因素对热管砂轮传热性能的影响规律,确定了热管砂轮可用于缓进给深切磨削。在热管砂轮中注入18 g蒸馏水进行了电镀CBN热管砂轮与无热管砂轮缓进给深切磨削高温合金GH4169的对比试验,通过对比两种砂轮磨削条件下磨削弧区的平均温度、工件表面质量、工件表层金相组织、显微硬度以及磨削后砂轮表面形貌等,证实了热管砂轮的确具有优良的强化换热效果,可在无热管砂轮磨削发生严重烧伤的情况下将磨削弧区的温度控制在60℃以下的较低水平。     

基于轴向旋转热管砂轮的钛合金成型磨削试验研究

针对钛合金等难加工材料成型磨削时存在的磨削弧区温度高、型面温度分布不均的问题,设计制作了轴向旋转热管成型砂轮。通过开展轴向旋转热管砂轮的钛合金成型磨削试验,探究了热流密度、充液率及砂轮转速各因素下热管砂轮对磨削弧区温度的控制效果,从而得到最佳磨削参数及热管砂轮最佳充液率,并在此条件下进一步开展磨削试验。对磨削后的工件表面质量进行了分析,发现轴向旋转热管砂轮能明显降低弧区温度,减小型面温差,并避免工件烧伤现象,这表明其在强化弧区换热、控制磨削温度上具有较大优势。     

热管砂轮传热性能的数学分析

为了强化磨削弧区换热,提高磨削极限热流密度以增大磨削的材料去除率,并且减少冷却液的使用,设计了一种热管砂轮.对热管砂轮进行数学建模和计算分析,结果表明热管砂轮可以使磨削弧区温度降低3/4以上.     

成型面干磨削用旋转热管砂轮换热性能研究

制约难加工材料成型磨削的主要问题是磨削烧伤.现有的冷却技术大多基于冷却液进行冷却,而鲜有学者从砂轮基体本身的换热潜能出发来解决磨削热的疏导问题.提出借鉴高效传热性能热管技术实现磨削弧区强化换热的构想,针对典型盘类零件型面特征,制作了轴向旋转热管砂轮,通过监测热管内部的温度分布,分析了不同转速、充液率以及热流密度条件下轴...     

磨削弧区采用径向射流冲击强化换热的试验研究

在分析缓进给磨削烧伤机理的基础上,提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想,研制了带径向射流的ＣＢＮ 开槽砂轮试验装置,并通过缓进给断续磨削时采用径向射流冲击弧区的磨削试验研究其换热效果。结果表明,射流冲击强化换热技术可有效提高弧区换热效率,在解决难加工材料磨削烧伤方面具有广阔的应用前景。     

难加工材料绿色磨削用相变储热复合砂轮的研制

高强韧性难加工材料在磨削时容易发生工件表面烧伤,而常规使用磨削液冷却带来的高能耗、环境污染等问题已不容忽视。提出利用沸腾传热和储热技术原理改善砂轮的热学性能实现砂轮对磨削弧区的强化换热,研制了具有高传热系数和较大热容属性的相变储热复合砂轮,并分析了复合砂轮的传热系数和等效热容。设计制作了复合砂轮热学性能分析装置,通过监测多个位置温度变化分析了不同热流密度、工质注入量和散热条件对复合砂轮热学性能的影响,最后进行干磨削高温合金GH4169对比试验。结果表明,复合砂轮的传热系数相对于传统金属基体砂轮可提高2～3倍,工质进入沸腾传热的启动时间在6～15 s,同时增加砂轮热容可以有效减少弧区热量积累以及减缓弧区温升速率;在缓进给深切干磨工艺下使用相变储热复合砂轮的磨削温度在330℃以下,相对于传统砂轮降低了20%。     

采用径向射流冲击与钎焊砂轮解决磨削烧伤的研究

在分析高效磨削烧伤机理的基础上，提出了两项对策：一是采用高压径向射流冲击强化磨削弧区换热，以最大限度地疏导已经产生的积聚在弧区的磨削热；二是采用钎焊超硬磨料砂轮取代传统电镀砂轮，以提高砂轮的锋利度降低磨削比能，减少磨削热的产生。缓进给断续磨削试验结果表明，该两项对策对解决难加工材料磨削烧伤问题效果十分明显，具有广阔的应用前景。     

热管砂轮的平面磨削温度场有限元分析

建立热管砂轮的三维有限元传热模型,通过改变结构参数、砂轮转速和热流密度,得出不同条件下的温度场分布,分析了各参数对温度场的影响。结果表明,通过热管结构控制弧区温度是可行的。热流越大,弧区平衡温度越高;减小砂轮外圈厚度,提高转速都能降低弧区温度。     

开槽砂轮缓进给深切磨削时工件表层温度场解析

采用热源法推导出开槽砂轮缓进给深切磨削时磨削弧区工件表层温度分布的理论解析式，并利用理论计算公式结合磨削实验完成了施加水射流冲击条件下工件表层温度场的推演计算，计算结果与实验结果基本吻合，证实了开槽砂轮辅以弧区定向高压水射流冲击强化换热的确具有良好的冷却效果。     

超高速点磨削几何模型参数的研究

介绍了超高速点磨削砂轮的结构并根据砂轮在外圆纵向磨削过程中与工件的干涉情况,建立了超高速点磨削几何模型.研究了砂轮磨削工件时的粗磨区和精磨区的材料去除过程及其几何接触弧长,并在对点磨削中单颗磨粒轨迹进行研究的基础上求得动态接触弧长.得出砂轮粗磨区倾角θ和偏转角α的变化对接触弧长的影响,为今后进一步研究超高速点磨削加工的机理提供了理论基础.     

加压内冷却砂轮的研制及磨削性能研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明：在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。     

流道出口位置对加压内冷却砂轮磨削性能的影响

鉴于开槽砂轮内流道出口位置影响磨削液的冷却润滑效果,设计制备了磨料环可周向旋转的加压内冷却开槽砂轮,使内流道出口位于砂轮磨料区或开槽区。建立了磨削弧区温度场仿真模型,模拟结果表明流道出口置于开槽区时换热效果更好。在相同加工参数下进行了磨削对比试验,结果表明：相比位于磨料区,流道出口位于开槽区时获得的磨削温度、表面粗糙度分别下降了16%和15%,工件表面更光滑规整,残余拉应力效应显著降低。     

加压内冷却方法在高温合金磨削中的应用

针对镍基高温合金在磨削加工中大量磨削热的冷却问题,提出采用加压内冷却与断续磨削结合的冷却方法,实现磨削过程中充分冷却磨削弧区高温的目的。设计制备磨粒有序排布的加压内冷却砂轮,采用Fluent有限元软件建立砂轮磨削GH4169高温合金的温度场模型,模拟分析砂轮转速和冷却液压力对砂轮散热性能的影响。开展加压内冷却砂轮磨削GH4169实验研究,分别对磨削温度、表面粗糙度以及表面微观形貌进行对比和分析。结果表明：在相同的磨削参数条件下,相对外冷却方式,内冷却方式能获得更优良的加工表面质量,磨削温度和表面粗糙度均明显降低;在其他磨削参数相同时,冷却液压力越大,磨削温度越低且表面粗糙度越小,表面形貌更加规则、完整。     

磨削油在硬质合金刀具高质量磨削过程中的应用研究

为研究磨削油对硬质合金刀具高质量磨削的影响,通过对两种不同磨削油的清洗性、渗透性及冷却性等基本性能进行测试,分析磨削硬质合金刀具时对机床负载、砂轮工作表面、硬质合金刀具磨削表面质量以及磨削温度的影响规律。试验结果表明：砂轮表面形貌变化、砂轮磨耗磨损和机床负载主要受磨削油清洗性能的影响,磨削油的清洗性能越好,WC在砂轮工作表面黏附越少,砂轮表面形貌变化、砂轮磨耗磨损和机床负载越小;硬质合金刀具圆周刃崩边大小及前刀面粗糙度主要受磨削油渗透性能的影响,其渗透性能越好,磨削区越易形成油膜,圆周刃崩边大小及前刀面粗糙度值越小;磨削区温度主要受磨削油冷却性能的影响,其冷却性能越好,带走的磨削热越多,磨削区温度越低。     

花岗石磨削中的界面热特性分析

对垂直轴磨削花岗石和平面磨削花岗石加工过程中磨削弧区的温度场进行了理论解析，并采用铁-康铜热电偶测量了磨削弧区温度。通过将实际测量的温度结果与理论解析结果进行拟合得出了传入工件的能量比例。结果表明，垂直轴干磨削花岗石过程中磨削弧区内的花岗石表面的平均温度不超过100℃。工具与工件接触界面中约5l％的热量传入工件，其它的热量传到了树脂结合剂砂轮。在平面磨削花岗石的过程中，磨削弧区温度不超过120℃，工具与工件接触界面中约有3l％的热量传到工件，其它的热量传到了树脂砂轮。本文的研究结果对减小金刚石工具消耗，提高加工效率和石材表面质量有实际指导意义。     

建筑石材磨削过程中的热特性分析

运用点热源叠加法理论对两种不同磨削方式加工过程中磨削弧区的温度场进行了理论解析.并采用夹丝热电偶法实际测量了磨削弧区温度.通过将实验结果与理论解析结果进行拟合得到了传入工件的能量与传入工具的能量百分比.研究结果表明,垂直轴干磨削花岗石过程中磨削弧区内的花岗石表面的平均温度不超过100℃.工具与工件接触界面中约51%的热量传入工件,其它的热量传到树脂结合剂砂轮.在平面磨削花岗石的过程中,磨削弧区温度不超过120℃,工具与工件接触界面中约有31%的热量传到工件,其它的热量传到了树脂砂轮.研究结果对减小金刚石工具消耗,提高加工效率和石材表面质量有实际指导意义.     

弧齿锥齿轮磨削表面粗糙度建模与试验验证

首先对磨削砂轮工作表面进行形貌分析,将砂轮磨粒突起高度视为随机分布,建立了用于弧齿锥齿轮大轮磨削的扩口杯砂轮的数学模型。然后根据弧齿锥齿轮在六轴五联动数控磨齿机上的磨削机理,对砂轮与弧齿锥齿轮的磨削运动关系进行深入分析,建立了坐标系并求得砂轮磨粒切削刃运动轨迹方程。再根据砂轮磨粒运动轨迹与齿面的干涉关系,得出弧齿锥齿轮磨削齿面形貌,进而建立了磨削齿面粗糙度的数学模型。最后通过Matlab软件编制M文件,对弧齿锥齿轮磨削齿面粗糙度进行实例数值计算,并与实测数据对比,结果表明粗糙度数学模型预断值与实测值相当一致。     

应用环形磁场控制的微粉砂轮制备及其磨削性能

在超精密磨削中,金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要,为了使微粉磨粒规则排布,提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法,制备了多种金刚石微粉砂轮,使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明:应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布,极大改善砂轮加工性能,利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。     

内冷却砂轮工装研制

由于磨削加工中过高的磨削温度,可采用内冷却砂轮磨削,将切削液直接浇注到磨削区内部,破坏了磨削区的封闭性,从根本上解决磨削温度高引起的工程实际问题.在普通磨床上采用内冷却砂轮磨削就必须提供内冷却砂轮工装,通过对砂轮内冷却总体方案、内冷却砂轮工装设计进行了研究,研制出了结构简单,性能可靠高的内冷却砂轮工装,将该工装用于M7130C平面磨床进行磨削加工,大大降低了磨削区温度,有效避免磨削烧伤,提高了磨削加工质量,效果良好.实验表明内冷却砂轮可加工某些难加工材料,扩大了磨床加工范围.     

基于VERICUT的双圆弧齿廓弧齿锥齿轮成形磨削仿真

通过VERICUT加工仿真验证了数控成形磨削法加工双圆弧齿廓弧齿锥齿轮的可行性。研究了数控成形法加工锥齿轮的刀具轨迹和圆弧齿廓弧齿锥齿轮的齿面方程,通过砂轮磨削面和齿面的接触条件式求出成形砂轮轴向截形;然后,提出数控成形磨齿机联动轴数的选取准则,并在VERICUT中建立机床、成形砂轮和毛坯的模型;最后,对双圆弧齿廓弧齿锥齿轮进行加工仿真,证明了数控成形磨削法可用于加工该类齿轮,为数控成形磨削法在锥齿轮上的应用提供了技术支持。