预应力条件下系统颤振对磨削工件表面形貌的影响研究

目的基于应力刚化效应,通过施加预应力来调节颤振强度,进而研究预应力条件下系统颤振对磨削工件表面形貌的影响规律。方法选用45钢作为研究对象,首先建立两自由度磨削系统动力学模型,采用时域与频域相结合的方式来获得磨削系统的动力学特性。然后运用Johnson变换获得砂轮表面磨粒的非高斯分布,基于磨粒的运动轨迹和磨削系统的动态特性,建立多因素耦合型工件表面形貌的数学模型,进而获得考虑颤振因素的工件表面几何形貌。结果预应力条件下,磨削工件表面轮廓高度在1.1～1.7μm范围内波动,工件表面的平均轮廓高度沿着砂轮的进给方向呈增大趋势。考虑颤振因素的轮廓高度计算结果更接近测得的工件表面平均轮廓高度,随着砂轮转速的增大和进给速度的减小,工件表面的平均轮廓度降低。结论通过对比实验与仿真条件下工件表面轮廓的高度值,发现预应力条件下系统颤振导致工件表面轮廓高度分布呈现一定的不均匀性,工件表面平均轮廓高度沿着砂轮进给方向逐渐增加。同时,颤振很大程度上降低了加工工件表面微观几何精度。在实际生产中,可采用提高砂轮转速与降低砂轮进给速度的方式来减小颤振对预应力磨削工件微观表面轮廓高度的影响。     

几种因素对快速点磨削表面粗糙度的影响

分析了点磨削加工表面形貌及其精度的几种影响因素.研究发现:砂轮速度和磨削深度对表面粗糙度的影响都可归结为未变形切屑厚度的改变.减小点磨削倾斜角,可以减小未变形切屑厚度,从而得到理想的表面粗糙度.加大磨削深度和轴向进给量可提高材料去除率,但会造成粗糙度增大.这可归结为砂轮有效磨粒数的减少导致工件的表面粗糙度降低.点磨削通过改变倾斜角大小来增加参与磨削的有效磨粒数,保证高材料去除率的同时获得良好表面质量.增加光磨次数和应用倾斜型砂轮都增加了磨粒和工件表面轮廓突峰的接触次数,对于改善表面粗糙度十分有益.     

钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金温度的试验研究

根据半人工热电偶测温原理制备了磨削测温试样,利用感应钎焊金刚石砂轮和电镀金刚石砂轮进行硬质合金YG6的磨削试验,研究了磨削深度、工件进给速度对工件表面磨削温度的影响。试验结果表明:在相同的磨削参数下感应钎焊金刚石砂轮的磨削温度要远低于电镀金刚石砂轮,且随着磨削深度和工件进给速度的增大磨削温度上升较为平缓,钎焊金刚石砂轮磨粒出露高度高、容屑空间大,磨粒呈有序排布是磨削温度较低的主要原因。     

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

磨粒有序化砂轮磨削微沟槽减阻表面的研究

为研究砂轮磨粒排布样式对磨削结构化沟槽表面的影响，使用叶序、错位和阵列3种磨粒有序化排布的砂轮磨削工件平面。首先，建立3种有序化排布的数学模型；其次，根据结构化沟槽表面减阻的特性参数，设计砂轮磨削参数，并使用MATLAB软件进行磨削运动仿真，将仿真结果与理论计算值进行比较；最后，使用磨削试验验证数学模型与仿真结果的可靠性。结果表明:3种磨粒排布有序化的砂轮均能磨削出微沟槽表面，此时相邻两行磨粒的轴向间距分别为0.04 mm（叶序排布）、0.40 mm（错位排布）和0.80 mm（阵列排布），对应的磨削深度均为0.050 0 mm；磨粒阵列和错位排布的砂轮磨削出的沟槽表面更加稳定，但沟槽的参数比未能达到0.200～1.000的要求；磨粒叶序排布的砂轮加工出的沟槽，能满足表面减阻特性的要求。      

用磨粒叶序排布砂轮磨削外圆生成的凹坑表面仿真

结构化凹坑表面能够有效降低零件表面的流体拖曳摩擦阻力,从而改善零件在流体中的运动性能。从生物学的叶序排布理论出发,设计了磨粒叶序排布的超硬材料砂轮,并应用该砂轮磨削外圆生成结构化的凹坑表面。利用Matlab软件对磨粒叶序排布砂轮的磨削过程进行运动学仿真,获得了磨粒叶序排布参数及磨削参数对磨削区域内结构化凹坑表面形貌的影响规律。仿真及实验结果表明:转速比影响凹坑的周向排布和凹坑尺寸,转速比越高,凹坑周向排布越密集,凹坑尺寸越小;叶序系数影响凹坑的轴向排布,叶序系数越小,凹坑轴向排布越密集;磨削深度影响凹坑尺寸,磨削深度越深,凹坑宽度和深度越大,毛刺隆起高度越高,约为磨削深度的一半。      

聚晶金刚石复合片磨削试验研究

本文采用金刚石砂轮对聚晶金刚石(PCD)复合片材料进行了精密平面磨削试验,研究了磨削工艺参数和砂轮特性对磨削力的影响规律,分析了磨削PCD材料去除机理.研究发现:随着砂轮速度的增大,切向磨削力和法向磨削力不断减小;随着磨削深度的增加,切向磨削力和法向磨削力都增加,相同粒度的陶瓷结合剂砂轮的磨削力大于树脂结合剂砂轮的磨削力;切向磨削力和法向磨削力都随着工件进给速度的增加而增大;粒度号越大,切向磨削力和法向磨削力越大.PCD材料去除主要是通过磨粒的机械磨耗、破碎作用和热物理、热化学作用等方式.     

纳米结构金属陶瓷(n-WC/Co)涂层材料精密磨削的试验研究

本文对纳米结构金属陶瓷（n-WC/Co）涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究。对常规结构金属陶瓷(n-WC/Co）和n-WC/Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验,分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度,工件进给速度,金刚石砂轮结合剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响,结合被磨试件表面的扫描电镜（SEM）的观察,分析了n-WC/Co涂层材料磨削的材料去除机理,研究结果表明：在相同磨削条件下,纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力;在其它磨削条件相同的情况下,用金属结合剂砂轮磨削工件所需的磨削力要比树脂结合剂砂轮,陶瓷结合剂砂轮所需的磨削力大些,磨粒尺寸小的砂轮磨削工件所需的总磨削力要比磨粒尺寸在的砂轮所需的磨削力大些,磨削力随砂轮磨削深度,工件进给速度的增加而增大;一般情况下,n-WC/Co涂层材料精密磨削过程的材料去除机理中,占主导方式的是塑性成形的材料去除方式。     

小直径砂轮超声振动磨削SiC陶瓷的表面质量研究

用小直径砂轮超声振动磨削和普通磨削加工SiC陶瓷零件,对比研究砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对其磨削表面质量的影响。结果表明:与普通磨削相比,超声振动磨削的磨粒轨迹相互交叉叠加,工件表面形貌更均匀,表面质量更好。由于超声振动时的磨粒划痕交叉会使磨粒产生空切削,因而降低了其磨削力,使磨削过程更加稳定。超声振动磨削的表面粗糙度和磨削力随砂轮线速度和超声振幅的增加而降低,随工件进给速度和磨削深度的减小而降低。且砂轮线速度、工件进给速度较小时,超声振动磨削的效果更明显。      

纳米结构WC/12Co涂层精密磨削的磨削力研究

本文对金刚石砂轮平面磨削纳米结构WC／12Co涂层材料时得到的磨削力进行了试验研究，研究了涂层材料的磨削力与磨削工艺参数以及砂轮特性之间的关系。通过各项试验研究得出，用金刚石砂轮磨削纳米结构WC／12Co涂层时，磨削力与当量磨削厚度基本成一元线性关系，它随磨削深度、工件速度的增加而增加：当磨粒尺寸减小时。总磨削力增加，但单颗磨粒磨削力减小。材料以非弹性变形的材料去除方式为主。通过试验采集的数据，使用当量磨削厚度作为磨削基本参数建立了法向磨削力理论模型。     

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。     

SG砂轮磨削镍基合金GH4169砂轮磨损机理与磨削性能的实验评价

目的 减少磨削镍基合金GH4169过程中砂轮磨损和堵塞现象,提高工件表面质量.方法 采用WA和SG砂轮磨削镍基合金GH4169,通过观察磨削前后砂轮表面微观形貌,研究两种砂轮表面材料粘附、堵塞以及磨粒破碎等主要磨损机制.从磨削力、工件表面形貌、磨削比能3个方面评价两种砂轮的磨削性能,并探究磨削参数对砂轮磨削力、工件表面形貌、磨削比能的影响规律.结果 在去除相同体积材料时,SG砂轮的磨削力较小,所消耗的能量较WA砂轮低21.5％,SG砂轮所加工工件表面的粗糙度明显低于WA砂轮所加工工件表面的粗糙度,两者表面粗糙度差值均在1μm以上.SG砂轮表面材料粘附现象较轻,WA砂轮表面出现了大面积的材料粘附,造成了砂轮堵塞.结论 SG磨粒因内部致密的微小晶粒所决定的微破碎机制,使SG砂轮在磨削镍基合金GH4169过程中保持了锋利的磨削刃,减少了砂轮表面的材料粘附,同时也获得了良好的工件表面质量.另外,SG磨粒较WA磨粒具有更佳的力学性能,使其在去除相同体积材料时所消耗的能量更少.     

高体积分数SiCp/Al复合材料平面磨削实验研究

本文使用SiC砂轮和金刚石砂轮对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行了平面磨削实验,研究了磨削深度和工件进给速度对磨削力的影响,并利用扫描电镜对已加工表面形貌进行了研究.结果表明:使用SiC砂轮加工时,磨削力随磨削深度的增加而增大;工件进给速度较低时,磨削力随工件进给速度增加而减小,当工件进给速度超过12...     

基于DEFORM3D的伺服阀芯端面磨削毛刺形成仿真

为研究磨粒不同排布方式对磨削毛刺形成的影响，对伺服阀阀芯材料端面磨削过程进行简化，利用DEFORM3D对单颗磨粒在叶序、错位和随机3种排布形式下的磨削过程建模并进行磨削有限元仿真，分析3种不同磨粒排布方式下的侧边毛刺形成过程，比较其磨削毛刺高度。结果表明:在叶序排布下，2颗磨粒中间接触边处存在高度较为稳定的毛刺；在错位排布下，2颗磨粒的磨削轨迹基本重合，耕犁的工件表面两侧形成毛刺；在随机排布下，2颗磨粒的磨削轨迹存在重叠，2颗磨粒接触边处材料挤压隆起特征更显著，容易形成二次毛刺。使用叶序排布的砂轮更有利于加工中控制毛刺的高度。      

磨粒有序排布曲面砂轮设计及磨削性能实验研究

提出一种曲面砂轮表面磨粒有序化排布的设计方法,制备磨粒有序排布和无序排布的2种曲面砂轮.通过磨削实验,从磨削力、砂轮磨损及工件加工形状误差等3个方面对比研究.结果表明:在整个磨削过程中,磨粒有序排布的曲面砂轮的磨削力总体上小于磨粒无序排布的曲面砂轮的磨削力.磨粒有序排布曲面砂轮的磨粒磨损一致性优于无序排布曲面砂轮的.整...     

叶序排布砂轮磨削微结构化表面的仿真研究

结构化表面在减小零件摩擦和表面拖曳阻力、改善零件的耐磨性方面均起到了一定的作用,能够有效地改善零件的机械性能。文章从仿生学中的叶序排布理论出发,设计了磨粒叶序排布超硬材料砂轮。利用不同形状磨粒叶序排布砂轮对平面形成结构化表面进行磨削,建立了砂轮磨削的运动轨迹方程,并应用MATLAB软件对磨削过程进行运动学仿真。仿真结果表明:不同形状磨粒的砂轮均可以实现凹坑、沟槽、凸台等结构化表面,且通过恰当的选择磨削用量和砂轮磨料的排布参数,可以获得不同形态的结构化表面。     

二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究

冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动,分析磨削力的影响机制,在相同的磨削参数条件下,对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究,分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明：二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削,磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小,随着磨削深度的增大而增大;普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小。     

砂轮表面磨粒出露高度对轴承钢磨削振动的影响

为探究砂轮表面磨粒形态对磨削振动的影响规律,提高磨削加工质量,构建了磨削振动模型并推导磨粒形态-接触刚性-磨削振动的对应关系,开展修整-磨削试验,通过试验分析并验证不同磨粒形态对磨削振动信号RMS和工件表面波纹特征W_a影响的差异。结果表明:在不影响砂轮锋利性的前提下,表征磨粒出露高度的砂轮AH值减小约58%,则RMS值和W_a值分别减小约47%和57%;在相同磨粒出露高度条件下,磨粒钝化的比例约20%,则RMS和W_a分别减小约22%和30%;同时,适度减小磨粒出露高度,磨粒适度钝化,有助于增大磨粒与工件接触面积,改善磨削振动,提高磨削加工质量。且提出的磨削振动模型与试验结果相符。      

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明：未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。     

超高速点磨削力数学模型的建立与仿真

结合超高速点磨削的特点,将磨粒简化为圆锥形,建立了超高速点磨削力数学模型.通过对磨削力的Matlab仿真,分析了磨削参数和点磨削变量角α和β对磨削力的影响.结果表明:点磨削力随着砂轮线速度的增加而减小,随工件速度、磨削深度、纵向进给速度的增加而增大.点磨削力随磨削变量角α和β的增大而降低,其中,β对降低磨削力的贡献要大...