基于有限差分模型的磨削弧区流场动压力数值分析

磨削弧区动压力对通过磨削区磨削液的有效流量、润滑和冷却作用有重要影响。本研究基于流体动压理论,建立了磨削弧区的动压力分布数学模型,将微分方程简化至近似泊松方程形式后,采用有限差分法将连续方程离散化,得出了磨削区动压力的数值解,并提出了迭代优化算法,提高了计算效率。将砂轮特性参数纳入数学模型之中,可根据砂轮材质、砂轮与工件间隙、砂轮转速等参数预报磨削弧区的磨削液动压力分布。在此理论模型基础上,进行了验证实验,证明模型的科学性。结果表明:通过输入砂轮各项参数,该模型可以快速、准确地预报动压力的分布,为磨削加工提供参考。      

高速磨削颗粒增强钛基复合材料的热分配分析

针对颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)高速磨削的特征,以均匀热源为模型,提出了一种计算磨削过程中热分配比例的新方法。采用CBN超硬磨料砂轮在80~160m/s的速度范围内进行了高速磨削验证,试验结果表明:PTMCs高速磨削热传递过程中比能es与ds1/4ap-3/4vw-1/2呈直线关系,与理论分析相一致,并基于此得到电镀CBN砂轮高速磨削PTMCs进入工件的热量比例为52.0%~79.5%。同时,进行了电镀砂轮高速磨削PTMCs温度场仿真,探明了其温度分布特征。     

热管砂轮磨削高温合金GH4169实验研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在的磨削烧伤问题,根据热管技术可进一步强化磨削弧区换热的特点,设计了一种新型磨具——热管砂轮,并成功制备出能够用于实际加工的单层电镀CBN热管砂轮。随后,通过磨削对比实验,验证了热管砂轮在高效深磨高温合金GH4169时,对磨削温度的控制效果。实验结果表明:在相同实验条件下,当使用无热管的普通砂轮时,在磨削弧区会产生高温,而使用热管砂轮时可以有效将磨削温度维持在100℃以下,避免工件烧伤。     

高温合金磨削热力耦合及其对表面完整性的影响研究现状

高温合金具有耐热性、耐腐蚀性等优良性能,被广泛应用于航空发动机的精密制造与修复。磨削能够提高部件的加工精度和表面完整性,是加工高温合金材料的重要方法。在磨削过程中,高温合金因材料的高强韧性,使得磨具磨损严重,并且磨削时冷却液难以进入磨削弧区,导致高温合金的磨削力和磨削温度较高。在多刃磨削加工下,复杂的热-力耦合过程对高温合金表面完整性有着重要影响,表面完整性直接影响服役性能。从产生机理、表征方法及控制等方面阐述了磨削热和磨削力的研究现状,首先介绍了高温合金磨削热及磨削力产生的机理及原因,进而从刚性磨削和柔性磨削的角度综述了磨削温度和磨削力的预测模型及方法,从冷却润滑、工艺参数优化及砂轮结构改进等方面调研了磨削温度和磨削力的控制策略。从间接耦合法的角度介绍了磨削热-力耦合建模过程。最后,在概述磨削热力耦合的基础上,总结了在磨削热力耦合作用下高温合金的表面粗糙度、表面形貌、组织结构及残余应力等方面的研究成果,并对高温合金磨削热力耦合作用的研究方向进行了展望。     

基于遗传算法的DZ4高温合金——磨削工艺与砂轮的优化

为降低ＤＺ４定向凝固镍基高温合金的磨削温度,防止削烧伤,本文在通过方法建立ＤＺ４合金磨削加工时磨削比能与弧区热流密度计算公式的基础上,利用基于遗传算法的多目标约束优化方法,对磨削ＤＺ４合金时的砂轮形貌与磨削工艺参数进行了优化设计,为这些参数的合理选择提供了理论依据。     

大切深磨削温度场的理论解析

本文推导了基于半无限体表现移动倾斜面热源模型的大切深磨削非稳态温度场，通过计算，结果表明：缓进给磨削温度达到似稳态温度所需时间比高效大切深磨削温度达到似稳态温度所需时间长得多，切深对工件已加工表面磨削温度和磨削弧区内工件表面磨削温度分布有重要的影响。     

面向绿色制造的快速点磨削磨削液供给参数计算

高速／超高速磨削条件下,砂轮边缘的高速空气带会阻碍磨削液注入磨削区。空气带压力与砂轮速度的平方成正比。快速点磨削是一种新型高速／超高速磨削技术,接触区很小,实际磨削功率低,冷却及散热效果好。在分析了高速／超高速磨削砂轮周围旋转空气带动压力及速度分布特点的基础上,根据热力学原理及快速点磨削特点,分析并建立了磨削液的供给流量和供液速度的理论模型。在此基础上,建立了面向绿色制造的快速点磨削的磨削液喷嘴直径及供液压力的工程计算公式。     

cBN砂轮高速磨削镍基高温合金磨削力与比磨削能研究

磨削力和比磨削能是磨削过程的两个重要参数,也是制定合理的磨削工艺需要参考的两个重要因素.采用陶瓷结合剂cBN砂轮、电镀cBN砂轮以及单层钎焊cBN砂轮[1]进行了高速磨削GH4169高温合金试验,研究了磨削力、比磨削能与单颗磨粒最大未变形切屑厚度的关系,并在此基础上建立了相应的理论公式.研究结果表明,单层钎焊cBN砂轮...     

断续磨削表面烧伤机理与在线监测方法研究

目的 研究断续磨削烧伤机理和声发射在线监测方法,避免产品磨削加工烧伤现象.方法 基于平面磨削温度场理论和镜像热源方法,建立一种断续磨削工件边缘的温度场模型,基于该模型可对断续磨削烧伤机理进行研究.为验证上述模型的有效性,通过正交实验设计不同断续磨削工况实验,利用红外热成像仪和声发射信号对断续磨削区温度进行在线监测,使用酸洗法和巴克豪森噪声检测仪对磨削后工件表面进行烧伤检测验证,通过对声发射信号的小波包能量求解,建立其与磨削区温度之间的关系.结果 该模型可有效反映断续磨削时工件边缘处磨削区温度场分布情况.计算结果表明,断续磨削工件断口边缘比其他位置磨削区温度更高,且更容易引起烧伤.实验表明,声发射信号的小波包变换总能量与磨削区呈一定相关性,基于声发射信号可对断续磨削烧伤实施在线监测.结论 实验结果证明了该模型对断续磨削烧伤机理分析的有效性,以及利用声发射信号对断续磨削烧伤在线监测的可行性.最后针对某一转向螺母产品实际断续磨削加工烧伤进行在线监测应用,实践结果表明,该方法比传统酸洗烧伤检测更加高效环保,对实现磨削加工烧伤检测自动化和智能化具有重要意义.     

介观尺度下单颗磨粒对切屑变形区应力影响研究

为研究TC4合金在介观尺度下的磨削过程中切屑变形区的应力分布对切屑的形成及磨削工件表面质量的影响,基于热-力耦合理论建立了单颗磨粒磨削理论模型,并利用ABAQUS对磨削过程进行了有限元仿真分析。仿真结果表明:当磨削深度小于0.5μm时,继续减小有利于减小切屑变形区流动应力的变化幅度,从而提高工件质量;与磨粒圆锥角度相比,磨削速度对切屑变形区应力变化影响更为显著,其变化值基本保持在400MPa左右。研究结果对进一步提高工件表面质量及TC4合金的磨削性能奠定了理论基础。     

镍基高温合金高速超高速磨削成屑过程的三维仿真研究

建立单颗磨粒磨削GH4169镍基高温合金的三维有限元仿真模型,研究高速、超高速磨削条件下的磨屑形貌演化过程及磨削力变化规律,观察磨削区域内的应力应变、温度等物理参量的分布和变化,分析磨削速度和单颗磨粒切厚对磨屑形貌、成屑频率及沟槽隆起特征的影响。结果表明:高速、超高速磨削镍基高温合金时,易出现锯齿形磨屑;磨削力呈周期性变化,其周期与磨屑形成过程对应;磨削过程中的温度、应变以及应变率主要集中在剪切带区域,而应力则集中在剪切带的两侧。随磨削速度增大,磨屑锯齿间间距变小,锯齿化程度增强,成屑频率呈线性增大趋势,沟痕隆起比升高。此外,单颗磨粒磨削GH4169的临界成屑切厚约为0.3 μm,当切厚为0.8 μm时有锯齿形磨屑出现,且随单颗磨粒切厚增大,锯齿化程度增强,但成屑频率降低。      

外圆磨削磨削区磨削温度的数学模型

磨削加工时磨削区的磨削温度很高,当超过材料的某个极限时就会引起工件的烧伤,因此建立磨削时磨削区的温度数学模型是很有意义的。传统的磨削温度数学模型是在平面磨削的基础上建立的,其数学模型只适用于平面磨削方式。在此基础上建立了外圆磨削时磨削区温度的数学磨型,所建立的模型有助于外圆磨削时磨削区温度的计算,具有很好的现实意义。     

磨头磨削镍基高温合金仿真

镍基高温合金磨削过程中磨削力是影响表面质量的重要参量。为构建磨削力有限元仿真预测模型,基于电镀磨头实际表面形貌,通过调用分布函数的方法,建立磨粒高度随机且整体服从二维高斯分布磨头整体模型,进行磨削过程有限元仿真与磨削力试验验证。结果表明：磨头整体模型具有真实磨头的随机特性,优势在于充分考虑多磨粒相互作用的磨削特性;磨削仿真过程中可观察到划擦、耕犁、切屑成形3个典型阶段,高度还原实际磨削过程;磨削力试验与仿真的单位宽度切向与法向磨削力在不同参数下变化趋势相同,平均误差分别为8.2%和8.6%。仿真模型对镍基高温合金磨削力有很好的预测效果。     

电镀cBN砂轮高速磨削高温合金的砂轮磨损研究

针对高速磨削的特点,采用电镀cBN砂轮进行了120 m/s高速条件下磨削镍基高温合金GH4169时的砂轮磨损试验研究.随着工件材料去除体积的增加,采用复型技术跟踪了砂轮工作表面在不同磨损时期的形貌变化,并对磨削力的变化进行了分析.研究发现,随着工件材料去除体积的增加,磨削力呈现初期快速增加、随后平稳增加的变化趋势,并且...     

CBN砂轮磨削镍基高温合金磨削温度实验研究

磨削高温是限制磨削技术发展的主要瓶颈之一,因而研究磨削过程中产生高温的机理及磨削温度的变化规律十分重要。采用260 mm的单层钎焊有序排布CBN砂轮,对镍基高温合金GH4169进行不同速度下的磨削实验。实验过程中,保持砂轮线速度和工件进给速度的比值不变,从而保持单颗磨粒最大未变形切屑厚度不变,发现比磨削能得到有效控制,磨削温度的上升主要由材料去除率的提高所导致;随着砂轮线速度的增加,磨削弧区热量分配关系发生显著变化,传入工件的能量增加;磨粒排布方式对传入工件的热量有影响,同一磨削工艺参数下,磨粒斜排布的砂轮磨削温度要低于磨粒直排布的砂轮,最佳磨粒排布方案还有待进一步的研究。     

石墨自润滑钎焊CBN砂轮磨削镍基高温合金温度的试验研究

利用石墨自润滑钎焊CBN砂轮和陶瓷CBN砂轮进行了高温合金GH4169磨削对比试验,采用夹丝半人工热电偶方法测量工件表面磨削温度,并运用扫描电镜、能谱仪对砂轮表面磨粒的微观形貌及元素分布情况进行分析。结果表明:在相同磨削条件下,多层自润滑钎焊CBN砂轮磨削GH4169高温合金的磨削温度比陶瓷结合剂CBN砂轮低100℃左右;砂轮表层的磨粒表面形成一层石墨薄膜,有助于减小摩擦,从而降低磨削温度。     

磨粒有序多孔立方氮化硼砂轮高效磨削高温合金烧伤研究

针对高温合金高效磨削过程中存在磨削烧伤问题,基于氧化铝空心球造孔与高温钎焊技术,研制了多层磨粒有序排布的多孔立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,简称CBN)砂轮,开展了高效磨削GH4169镍基高温合金试验研究,分析了缓进给磨削中工件表面突发性烧伤特征,并提出采用添加石墨导流块来抑制工件烧伤策略。研究结果表明:添加石墨块导流后,缓进深切磨削砂轮最大材料去除率可提高3倍以上。当切深为0.2mm时,高速磨削时砂轮最大材料去除率可达20mm3/(mm·s)。当材料去除率为2mm3/(mm·s)时,随着磨削速度增大,磨削温度先下降后上升,当vs=80m/s时磨削温度最低。越过临界速度100m/s,磨削温度则呈下降趋势。     

基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化,基于反热源原理,以实际测量的磨削温度为基础,采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法,仿真计算工件磨削温度场的变化,并与瑞利分布热源模型预测结果对比,对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明:基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性,相对误差在3.0%～7.5%,比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。      

热管砂轮干磨削温度场数值模拟

基于一种利用热管技术对磨削弧区进行强化换热的构想,采用FLUENT软件建立了环形热管砂轮干磨削温度场的仿真模型,得到了热管换热能力与热流密度、转速和砂轮壁厚的关系,并在相同热流密度下对比了热管砂轮与热管砂轮弧区的温度。仿真结果表明:弧区温度会随着热流密度的增大相应升高,随着转速的增大而降低,热管的启动时间会随着砂轮壁厚的增大减慢;相同热流密度下,热管砂轮的弧区温度明显低于无热管砂轮。最后通过干磨削钛合金TC4试验,对仿真结果进行了验证。     

磨削区温度场的理论分析与计算

此文着重对磨区的温度场进行理论分析，从理论角度对不同切削深度，进给量，工件速度对磨削温度场的影响进行分析和计算，对减少或改善磨削烧伤提供了理论指导依据。