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。     

陶瓷结合剂CBN砂轮磨削GH4169高温合金的磨削加工性与磨削表面完整性

本文对ＣＢＮ砂轮磨削ＧＨ４１６９高温合金的磨削加工性和磨削表面完整性进行了系统研究。研究了ＣＢＮＳ轮磨削ＧＨ４１６９高温合金时磨削参数对磨削力、磨削温度和磨削比的影响规律；在正交试验和显著性分析的基础上．建立了磨削力和磨削温度的经验公式。在ＣＢＮ砂轮磨削ＧＨ４１６９高温合金磨削表面完整性的试验研究中，对磨削表面粗糙度、磨削表面硬化及磨削表面残余应力进行了研究．建立了表面完整性指标与磨削参数之间的关系。并根据正交试验建立了磨削表面粗糙度的经验公式。     

磨削参数对GH4169高温合金磨削表面特征影响研究

采用单因素试验法,使用不同特性的砂轮进行GH4169高温合金的外圆磨削试验,研究了单晶刚玉砂轮和CBN砂轮对GH4169高温合金磨削表面特征中表面粗糙度和表面形貌的影响,分析了各磨削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,并分析了单晶刚玉砂轮和CBN砂轮切屑的形态,还检测了磨削加工的表面形貌。结果表明：采用粒度为80、中软级、陶瓷结合剂的单晶刚玉砂轮磨削GH4169高温合金时,其磨削表面粗糙度较小,表面特征较稳定;磨削进给运动轨迹构成了试件已加工表面形貌轮廓的主要特征。在工件速度为8~21.66m/min、砂轮速度为15~30m/s、径向进给量为0.005~0.02mm、纵向进给量为1.3~3.6mm/r范围内,可以保证表面粗糙度Ra在0.14μm以内。     

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。     

单晶刚玉砂轮磨削GH4169合金磨削能传入工件比例研究

指出了确定磨削能传入工件比例对研究GH4169合金磨削机理的必要性,分析了已有理论计算公式确定磨削GH4169合金过程中磨削能传入工件比例的局限性。设计和实施了试验与有限元分析相结合的方法,对单晶刚玉砂轮磨削GH4169合金过程中磨削能传入工件的比例进行了确定,并进一步对该比例与磨削工艺参数之间的关系进行了研究,拟合了关系方程。结果表明,在试验工艺条件下,磨削能传入工件比例在25%~62%之间,且该比例与工艺参数之间的关系可用指数函数形式的方程描述。     

机器人砂带磨削GH4169镍基高温合金表面完整性研究

采用机器人夹持GH4169镍基高温合金来进行砂带磨削试验。对试验装置进行了设计和分析,以确保砂带磨削过程中的磨削压力稳定;采用正交试验获得砂带磨削GH4169时的磨削深度;采用单因素试验确定砂带线速度和磨削压力对GH4169表面完整性的影响规律。试验结果表明：采用粒度为80号的陶瓷磨粒砂带加工GH4169时,其表面粗糙度在0.6~0.7 μm范围内,且随着砂带线速度的增大而减小,随着磨削压力的增大而增大,表面硬度在430~485HV范围内,表面残余应力均为残余压应力,其值在-410~ -60 MPa范围内。     

F-Theta自由曲面透镜的精密与镜面磨削

针对光学玻璃的F-Theta自由曲面透镜加工困难等问题,提出将金刚石砂轮的椭圆环面代替圆环面,进行F-Theta自由曲面磨削加工,研究形状误差的补偿磨削方法和光学玻璃的镜面磨削工艺。根据F-Theta透镜的自由曲面建立砂轮与工件相切的刀具轨迹法向算法。采用#46粗金刚石砂轮修整成椭圆环面,提出自由曲面磨削的法向误差补偿加工模式。最后,采用#3000超细金刚石砂轮的椭圆环面进行轴向磨削试验。试验结果表明:传统的垂直误差补偿磨削可减小面形误差45.9%及其PV值11.6%;而新提出的法向误差补偿磨削可减小面形误差47.9%及其PV值41.5%。此外,超细砂轮磨削可使得自由曲面的粗糙度达到28 nm,其镜面磨削工艺有别于较粗砂轮磨削工艺。因此,椭圆环面砂轮的法向补偿磨削是提高自由曲面加工精度的有效方法,而且,无需研磨抛光就可以实现光学玻璃的自由曲面镜面磨削。     

形貌重构砂轮磨削试验研究

设计了一种金刚石纤维切削装置,用其对白刚玉砂轮进行断续飞切来加工出断续微沟槽,从而实现砂轮的表面形貌重构。采用原始砂轮及形貌重构砂轮分别进行GCr15淬硬轴承钢的常温干式、浇注式磨削的对比试验研究,探讨了形貌重构砂轮的磨削性能。试验结果表明：相较于原始砂轮,在相同的试验条件下形貌重构砂轮在磨削时其磨削力和磨削温度均可以显著降低。通过常温干式、浇注式润滑条件下的磨削对比试验验证了形貌重构砂轮可以更有效地将磨削液带入磨削区进行润滑冷却。     

磨削过程中磨削液的有效利用及其实现技术

在磨削加工过程中,一般都是利用向磨削区供给充分冷却液的方法来抑制零件表面温度升高和解决热损伤。但是由于砂轮的高速旋转,会在砂轮的表面形成一个高压空气边界层,阻止磨削液有效的进入磨削区,使加工条件恶化,磨削区温度升高,影响了工件的表面质量和完整性。通过合理的选择供液压力、流量和供液方式及喷嘴形式来提高进入磨削区有效磨削液的比例,进而更好的发挥磨削液的冷却作用,降低磨削区温度,保证工件表面质量和表面完整性,同时也有利于实现绿色磨削加工。     

MICRO-DISCONTINUITIES OF THE GRINDING WHEEL AND THEIR EFFECTS ON ITS DURABILITY DURING INTERNAL CYLINDRICAL GRINDING

The article depicts the kinematic parameters of micro-discontinuities and how their shaping methods impact upon the active surface of grinding wheels. It also details the construction of a special device which makes it possible to obtain micro-discontinuities with specific and defined surface configurations and shapes. Experimental research into the effects of shaping the micro-discontinuities of the grinding wheel active surface was realized in the internal deep traverse grinding process. Grinding wheels with a ceramic bond, made from micro-crystalline sintered corundum grains, were utilized in the research. The research investigated the duration of the durability period of the grinding wheels. It also looked at the grinding power, as well as the machined surface roughness, when using grinding wheel with or without micro-discontinuities shaped upon the active surface. As a result of the research undertaken, it was determined that the implementation of micro-discontinuities extends the grinding wheel durability period by at least three times its original duration, while maintaining the desired quality of the machined surface.     

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。     

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     

叶序排布磨粒对砂轮的磨削温度场效应

在砂轮磨削过程中,磨削热影响工件表面完整性,而磨粒排布是影响磨削温度场的重要因素之一。针对磨粒叶序排布的砂轮,采用有限元法对磨削温度场进行了计算模拟分析,获得了叶序系数对工件磨削温度场的影响规律。研究结果表明,随着叶序排布系数的增大,被磨工件的表面温度和温度梯度减低。     

A study on a cooling method for bone grinding using diamond bur for minimally invasive surgeries

Miniature ball-end diamond wheels are widely used for bone grinding in endoscopic surgeries. During bone grinding, a considerable amount of heat is generated, which can cause thermal injuries to the tissues adjacent to bone, including nerves. In our previous studies, it was revealed that the strong adhesion of bone chips on the wheel surface promotes heat generation. To prevent adhesion, a surface-treated wheel was proposed, and it reduced the temperature elevation. However, we found that the proposed wheel cannot stably suppress the temperature elevation because the wheel effect depends on the coolant supply rate. In this study, a bone grinding method that stably suppresses temperature elevation was investigated. Based on the obtained findings, a cooling method using cold air was developed, and the temperature elevation was stably suppressed under a cold air supply.     

杯形砂轮磨削高硬度球面砂轮磨损的研究

采用分块杯形砂轮磨削高硬度球面,磨削过程中砂轮磨损不仅影响砂轮磨削性能,而且造成工件和砂轮实际接触面积不断产生变化,影响磨削力和磨削质量。为此,基于展成法磨削原理研究砂轮块磨损后的形状变化,分析了分块砂轮的磨损形式,揭示了进给过程中砂轮块磨损形状的变化规律,推导了砂轮磨损量和砂轮工件接触面积的计算公式,分析了砂轮磨损速度的变化趋势及其影响因素,试验最后研究了砂轮磨损量的变化规律,并验证了砂轮磨损量的计算模型。     

硅片自旋转磨削的运动几何学分析

介绍了硅片自旋转磨削的原理,通过引入节点、节圆概念建立了硅片自旋转磨削的运动学模型,通过分析砂轮与硅片之间的相对运动给出了硅片自旋转磨削的运动轨迹参数方程。在运动学的基础上推导了磨纹长度、磨纹数量以及磨削稳定周期公式。分析了磨纹间距、磨纹密度与磨削表面质量的关系。给出了选定磨削条件下的计算实例。研究结果为提高硅片加工质量及合理选择磨削工艺参数提供了理论依据。     

陶瓷空心球形复合超硬磨料低温磨削特性实验研究

针对空心球形复合超硬磨料的多微孔结构对磨削温度影响问题,研究了空心球形复合超硬磨料的结构,建立了空心球形磨料砂轮的磨削模型.从理论上分析了多微孔结构对砂轮的切削锋利度和携带冷却液能力的影响机制;运用温度测量系统,进行了陶瓷空心球形复合超硬磨料砂轮在不同磨削切深和不同冷却液供给量条件下的平面磨削温度实验研究,并分析了磨削温度随不同切深和冷却液供给量的变化趋势.研究结果表明,空心球形磨料砂轮的磨削温度明显低于传统超硬磨料砂轮,验证了空心球形磨料砂轮具有较锋利的切削刃和更好的携带冷却液能力,可有效降低磨削温度,是实现低温磨削的一种新途径.     

杯形砂轮精密磨削WC—Co涂层磨削力的试验研究

为了了解杯形金刚石砂轮精密磨削WC—Co涂层磨削力的特点,对杯形金刚石砂轮精密磨削WC—Co涂层的磨削力进行试验研究,进而对磨削力的特点、磨削用量影响规律和频率特性等方面进行分析。分析结果表明,杯形金刚石砂轮精密磨削WC—Co涂层时的磨削力具有其独特性。     

石英玻璃的热辅助高效塑性域干磨削

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率,提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理,通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削,利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能,实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明,随着磨削深度的增加,Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5μm,大于粗磨表面的裂纹深度时,获得了Ra值为0.07μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理,结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时,砂轮以磨耗磨损为主,该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。     

核主泵用流体动压密封环复杂形面超精密磨削

提出采用回转台带动密封环回转和杯形砂轮端面切入磨削来加工核主泵用流体动压密封环复杂形面新方法,其原理为选择适当的砂轮半径、砂轮俯仰角、砂轮侧偏角、砂轮与回转台中心距使磨削接触弧线是密封环波纹面上且以其内、外周边为边界的一条曲线的精确逼近,联动控制回转台转动和砂轮或回转台的同步跟随运动使磨削接触弧线一端点在波纹面外周边上进而通过磨削接触弧线扫掠运动形成高精度波纹面,在砂轮轴线与回转台轴线平行时磨削密封坝面。其实现策略是采用细粒度金刚石杯形砂轮做恒定切削深度微进给切入磨削。其优点是砂轮磨损对磨削精度没有影响,面形精度取决于回转台的回转运动和砂轮或回转台的同步跟随运动精度,能够实现核主泵用流体动压密封环复杂形面的高面形精度、低表面粗糙度加工。