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。     

缓进深切磨削颗粒增强钛基复合材料磨削力的研究

磨削力是磨削过程中的重要参数,同加工效果之间关系密切。使用不同磨料的陶瓷结合剂砂轮进行缓进深切颗粒增强钛基复合材料的磨削试验,研究磨削力与磨削参数和磨料种类的关系。结果表明:普通刚玉砂轮的磨削力是微晶刚玉砂轮磨削力的3~4倍,被加工材料表面更容易产生缺陷。因此,在缓进深切磨削工艺条件下,微晶刚玉砂轮更适合钛基复合材料的磨削。      

不同CBN砂轮高速加工PTMCs的磨削性能对比

为分析CBN砂轮高速磨削颗粒增强钛基复合材料(particulate reinforced titanium matrix composites,PTMCs)的磨削性能,采用3种CBN砂轮开展PTMCs的高速磨削试验,对比研究其磨削力、温度、表面粗糙度及表面形貌。结果表明:相对陶瓷砂轮,钎焊砂轮的法向磨削力减小16.2%～40.4%、切向力减小25.2%～44.4%,磨削温度降低了26.0%～74.3%;相对电镀砂轮,钎焊砂轮的法向磨削力减小7.1%～31.1%、切向力减小23.3%～31.1%,磨削温度降低了14.5%～58.9%;钎焊砂轮在加工中表现出了最低的磨削力和温度,获得了最低的表面粗糙度和最好的表面质量,表面粗糙度可以达到0.60～0.77 μm。因此,在高速磨削PTMCs时,钎焊砂轮更具优势。      

在深切缓进给外圆切入磨削中磨削温度的试验研究

深切缓进给磨削通常是在一次切深2～20毫米、工件进给速度5～309毫米/分的磨削用量下,对工件进行磨削的。当磨削条件或磨削用量选择不当时,常常会由于磨削弧区的高温作用引起工件表面发生严重烧伤,甚至使磨削过程无法进行。在深切缓进给外圆磨削的研究工作中,我们采用半人工热电偶法对45钢和球墨铸铁磨削时的磨削温度进行了测试和研     

M17铸造镍基高温合金缓进磨削烧伤的研究

本文研究了M17镍基铸造高温合金缓进磨削烧伤时磨削力与磨削温度的变化、表面层金相组织及化学成份的变化以及烧伤表面的形貌。试验结果表明,所有烧伤试件都未发现有容易引起脆断的σ相存在,烧伤试件表面碳、氧原子浓度较高,扩散层较深。试验还得出了用以避免烧伤的磨削参数供生产参考。     

DD9镍基单晶高温合金的缓进给磨削烧伤实验

针对第三代单晶高温合金DD9磨削烧伤问题，设计三因素五水平实验，从表面形貌、显微硬度和显微组织等角度出发，研究磨削工艺参数对烧伤的影响规律。结果表明：当工件进给速度小于等于250 mm/min时，磨削表面粗糙度Ra在0.8μm左右小幅度变化，表面质量较好；当工件进给速度大于250 mm/min，磨削深度超过1.0 mm后，磨削区域温度急剧上升，磨削纹路被破坏，出现涂覆、凹坑等磨削缺陷，工件表面发生烧伤；DD9合金缓进给磨削工件表面及表层均表现为加工硬化，显微硬度为400～600 HV，硬化层深度在50～110μm，塑性变形层厚度为1～10μm。推荐的DD9磨削工艺参数组合为：砂轮线速度vs=20 m/s，进给速度vw=250 mm/min，磨削深度ap=0.6 mm。     

超声振动辅助缓进给磨削温度场仿真与试验分析

目的通过对比研究磨削过程中超声振动辅助缓进给磨削工件表面的温度变化,验证超声振动对磨削热的影响,为进一步研究磨削机理提供依据。方法基于磨削温度场解析模型,建立了磨削热源平均强度。运用ANSYS软件热分析模块分别对普通缓进给磨削和超声辅助缓进给磨削进行了工件表面温度场仿真,得到了不同载荷步的温度场分布以及工件表面的温度时间变化曲线,较准确地反映了磨削工件时工件表面的温度变化。结果试验和模拟表明,缓进给磨削工件时,工件表面温度较高,对工件施加超声振动后,能够有效降低磨削力,减少磨削过程中产生的热量,降低工件表面温度20%左右。结论超声振动辅助磨削工件时,由于工件高频振动导致磨粒与工件间断性接触,使磨削过程变为有规律的脉冲状断续磨削,有利于工件散热,降低了磨削温度,为避免缓进给磨削时容易出现的磨削烧伤现象提供了技术支持。     

有序化砂轮磨削筋条表面中力对表面的效应

为了提高筋条减阻表面的加工质量,对磨粒有序化砂轮的磨削力对工件表面几何形状的影响规律进行研究。首先,根据筋条减阻表面的参数,设计能够实现筋条减阻表面加工的错位排布砂轮;其次,建立了筋条减阻表面磨削过程的简化模型,并基于有限元对工件表面形貌进行了力学仿真;最后,研究磨削速度、磨削深度、磨粒角度、排布参数等对筋条表面几何形状的影响规律,综合探讨磨削力和表面形貌之间的关系。结果表明,在磨削速度增大时,工件表面材料的隆起变形高度随着磨削力的减小而增大;在磨削深度增大时,材料的隆起变形高度随着磨削力的增大而增大;在磨粒角度增大时,材料隆起变形高度随着磨削力的增大,先增大后减小;在磨粒排布参数增大的过程中,材料隆起变形高度随着磨削力的增大而增大。     

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...     

平面磨削中工件温度场的直接测温

平面磨削中工件温度场采用红外成像的电荷偶合装置(CCD)测量。在高空问、瞬时条件下红外辐射(IR)温度测量一直是沿磨削试件一侧进行测定试件表面和次表面的温度。用斜面磨削的方法，使磨削深度持续增加，获得了随材料磨除率而改变的磨削温度的变化。这些测量结果与用传统的恒磨除率磨削试验具有良好的相关性。确定了最高温度的位置和值，包括温度梯度。讨论了确定磨削热模型测量的含意及工件的烧伤苗头的预测。     

金刚石砂轮磨削钛合金时的磨削力研究

为解决金刚石砂轮磨削钛合金时材料弹性模量低、弹性形变大等问题,从理论上对砂轮的受力状态进行分析。基于切屑分离准则和材料摩擦属性,构建钛合金磨削时的受力模型,并对单颗磨粒的受力状态进行有限元仿真。设计钛合金磨削加工试验,研究工艺参数变化对砂轮磨削力的影响规律。结果表明：砂轮磨削速度增加,磨削力逐渐降低;当进给速度和磨削深度增加时,磨削力增加。当磨削工艺参数改变时,砂轮的切向和法向磨削力的变化趋势大致相同,切向和法向磨削力的比值为0.29～0.37。且磨削力的理论值和试验值的变化趋势基本一致,二者相对误差的平均值在5%以内,验证了磨削力理论模型的正确性。     

20Cr2Ni4钢渗碳淬火弧齿锥齿轮磨削烧伤的检测与分析

针对20Cr2Ni4钢弧齿锥齿轮渗碳淬火磨齿后出现的齿面裂纹,采用光学显微镜和显微硬度计分别对切割齿块的未开裂齿面(凹面)和开裂齿面(凸面)进行了检测分析。结果表明,在齿块未开裂齿面和开裂齿面远离裂纹的节圆处,有效硬化层深度和显微组织正常,无磨削烧伤特征;在齿根处均出现了不同程度的磨削烧伤特征,尤其在开裂齿面裂纹处呈现典型的月牙形白加黑磨削烧伤形貌,烧伤最深处约0.9 mm,并据此提出了改进磨齿工艺参数,避免发生磨削烧伤的措施。     

Workpiece burn and surface finish during controlled force robotic disk grinding

Workpiece burn and surface finish during robotic disk grinding are studied under controlled force conditions. Workpiece burn occurs due to gradual deterioration in the sharpness of active grains participating in the cutting process. This change in the sharpness of grains can be indirectly monitored by the change in the average coefficient of friction and average depth of cut. Both of these parameters gradually reduce with increasing disk wear due to attrition. In this paper, an analytical expression is derived which can be used to predict the occurrence of such burns during controlled force grinding. The experiments conducted under these conditions using a finely tuned PID controlled showed fair agreement with the predicted results. The experiments also showed that the surface finish gradually improves during successive passes. Hence, an attempt has been made to explain and predict this changing behaviour in the surface finish on the basis of gradual deterioration in the cutting efficiency of the disk. These relations can be used for practical optimization of the robotic grinding process.     

热力耦合下轴向旋转热管砂轮的强度分析

为研究高效成型磨削加工过程中轴向旋转热管砂轮(heat pipe grinding wheel,HPGW)的基体强度,且考虑到HPGW强化换热的特点,使用ANSYS workbench对热力耦合下的HPGW进行有限元分析.得到30 000 r/min转速下,HPGW的最大等效应力为26.481 MPa,最大变形量为0....     

基于磨削力的磨削区表面温度场理论模型

为研究磨削热产生的机理、改善加工质量,从磨削力的角度,分析磨削工件表面温度并进行纯理论建模。将磨削力分为切削变形力和摩擦力2部分,分别研究其同加工参数的关系。计算切削变形力和摩擦力的切向分力,并结合切向分力同热源强度的关系,建立磨削表面最高温度的理论模型。通过磨削45号钢并进行测温实验,确定模型中的常数,进而确定模型。研究发现:工件表面温度随切深、进给速度和砂轮转速增大而增大;表面温度模型的理论值与实验值之间的最大相对误差为5.04%,平均相对误差为2.47%。证明此方法可用于磨削表面温度场分析,进而改善加工表面质量。      

Force control grinding of gamma titanium aluminide

This paper addresses the grinding of ordered intermetallic compounds and their brittleness at ambient temperature. The depth of plastic deformation is supposed as the measure of surface integrity. The current paper expands the work of a previously reported indentation model that correlated the depth of plastic deformation and the normal component of the grinding force. This paper studies the indentation model using force control grinding of gamma titanium aluminide (TiAl-γ). Reciprocating surface grinding is carried out for a range of normal force 15–90 N, a cutting depth of 20–40 μm and removal rate of 1–9 mm³/sec using diamond, cubic boron nitride (CBN) and aluminum oxide (Al₂O₃) abrasives. The measured depths of plastic deformation are in the range of 150–300 μm. The deviations from the indentation model are explained by changes in the ductility during the grinding process. Furthermore, a force-based model for specific energy is developed and evaluated. The measured specific energies are in the range of 40 J/mm³ (diamond) to 400 J/mm³ (CBN).     

TiBw网状增强钛基复合材料旋转超声磨削的磨削力模型

针对TiBw网状增强钛基复合材料加工时表面质量差、加工过程不平稳等问题,开展其旋转超声磨削的法向磨削力研究。分析旋转超声磨削中的磨粒运动规律,建立旋转超声磨削TiBw网状增强钛基复合材料的法向磨削力模型,并通过单因素磨削试验对模型进行验证。结果表明：在一定的主轴转速、进给速度、磨削深度及固定磨削宽度条件下,法向磨削力随主轴转速的增加而减小,随进给速度、磨削深度的增加而增大,且其磨削试验值与模型计算值的相对误差绝对值均在6%以内。模型很好地预测了TiBw网状增强钛基复合材料磨削时的法向磨削力,验证了预测模型的有效性。     

小直径磨棒磨削加工TiC颗粒增强钢基复合材料GT35

为探究TiC颗粒增强钢基复合材料GT35合理的加工参数和冷却润滑条件,研究其对切削力、表面质量及刀具磨损的影响规律,采用小直径磨棒以侧面磨削方式开展试验。结果表明：干磨削会引起磨棒烧伤,极压磨削油的润滑效果优于水基合成磨削液的;磨棒在极压磨削油润滑下,磨削工件12 min后进入稳定磨损状态,其主要磨损形式为磨粒破碎、磨粒磨耗和磨粒脱落;主轴转速对切削力的影响大于进给速度的,且转速越高,切削力越小;工件表面粗糙度主要与磨棒磨粒出露高度的平整度有关,受加工参数的影响较小。用小直径磨棒磨削加工GT35材料时,应选择极压磨削油润滑,高主轴转速、中速进给的加工方式,以获得良好的刀具寿命、工件加工表面质量及适当的加工效率。