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。     

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.     

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。     

纳米结构陶瓷涂层精密磨削的材料去除机理及磨削加工技术

随着纳米结构陶瓷涂层的开发和应用，其后续精密加工技术已受到人们的关注。纳米结构陶瓷涂层的高硬度和高耐磨性使其成为难加工材料，采用金刚石磨料磨削加工有可能成为其最主要的加工方法。本文首先讨论了纳米结构陶瓷涂层精密磨削的非弹性变形和脆性去除的材料去除机理，然后对可用来加工纳米结构陶瓷涂层的超精密金刚石砂轮磨削、ELID磨削、延性域磨削、超高速磨削、精细磨削等磨削加工技术进行了分析，分析了它们的材料去除机理和技术特点。在此基础上，本文指出了相关的有待进一步研究的课题。     

树脂结合剂金刚石砂轮精密磨削单晶硅片的磨削力研究

通过对树脂结合剂金刚石砂轮磨削单晶硅片的轴向磨削力Fz的变化规律的研究,分析了单晶硅片在磨削过程中轴向磨削力与磨削工艺参数之间的关系。通过改变砂轮的轴向进给速度、砂轮线速度和砂轮粒度等工艺参数,找出了这些工艺参数对轴向磨削力Fz的影响规律,并建立了轴向磨削力的经验公式。结果表明:树脂结合剂金刚石精密磨削单晶硅片时,轴向磨削力随着砂轮的轴向进给速度vf和磨粒粒径的增大而增大,随着砂轮线速度vs的增大而减小,且这三个工艺参数中,砂轮轴向进给速度vf对轴向磨削力的影响最大。     

钎焊金刚石砂轮磨削石材中金刚石粒度对磨削力的影响研究

本文通过测量不同金刚石粒度的高频感应钎焊金刚石砂轮磨削花岗石过程中的磨削力，对砂轮所受的法向力和切向力进行了研究。对不同粒度条件下磨削深度、进给速度和砂轮线速度对磨削力的影响进行了分析。研究发现磨削力随砂轮线速度的增大而减小，随磨削深度和进给速度的增大而增大，磨削深度对磨削力的影响程度比进给速度大。小粒度金刚石磨削时，磨削三要素对磨削力的影响比大粒度金刚石磨削时大。     

铸铁基金刚石砂轮磨削LHG8光学玻璃表面质量研究

利用ELID磨削技术时光学玻璃LHG8的磨削性能进行了试验研究,通过试验分析磨削工艺参数及砂轮粒度对磨削性能的影响,讨论了磨削中磨削力的变化规律.结果表明,磨削力随着磨削深度的减小而减小,表面质量随着磨削深度的减小与磨粒的减小而提高.在ELID磨削中,能够使用微细砂轮得到较高的表面质量.     

钎焊金刚石砂轮端面磨削钢轨中磨粒的单位磨削力研究

假设钎焊金刚石砂轮磨粒形状为八面体且磨粒分布均匀,用磨粒运动学轨迹模型及有限元积分法推导端面磨削时磨粒与工件的接触线长度,用平均体积法求得未变形磨屑平均厚度,进而推出端面磨削时切向磨削力与单位磨削力的关系式,并通过钢轨端面磨削实验建立单位磨削力数学模型并进行验证。验证结果表明:单位磨削力数学预测模型有效,可为后续端面磨削时磨削力和磨削温度等的计算提供理论支撑。      

金刚石砂轮采用砂轮换向磨削法时的磨削性能

提出了在磨削过程中反复每隔一定行程使砂轮顺转和逆转来进行磨削的砂轮换向磨削法。本磨削法由于磨削中砂轮换向旋转，与磨粒尖端磨损部分相对的未使用的锐利磨粒棱角可以得到利用，可望有助于扩大修整间隔和简化磨削过程。经用树脂结合剂金刚石砂轮磨削氮化硅发现，与砂轮仅仅进行顺转的普通磨削相比，采用砂轮换向磨削法时的法向磨削力呈反复增减的锯齿状变化，大约降低了25％。另外，利用金属结合剂金刚石砂轮在各种磨削条件下加工硬质合金的结果表明，砂轮换向磨削对磨削力的影响在每个磨料受到高负荷作用的磨削条件下表现明显。     

纳米结构WC/Co涂层精密加工及其磨损性能的研究

纳米结构WC／Co涂层是一种重要的纳米涂层材料,工程上对其的应用常常基于其高耐磨性和强抗腐蚀性。关干WC／Co涂层的精密磨削以及耐磨性能,已有学者对其进行丁一定的研究。对于其耐磨性能的研究主要是基于喷涂参数对它的影响;对于其磨削后耐磨性能以及磨削参数对耐磨性能的影响规律研究极少。本文综述了纳米结构WC／Co涂层制备方法、WC／Co涂层机械性能和摩擦磨损性能以及其精密加工等方面的研究现状,同时对陶瓷磨损预报做了简单的介绍。目的就是在后续的工作中对比研究磨削后纳米结构WC／Co涂层的耐磨性能以及并分析磨削参数对其耐磨性能的影响并建立预报模型。     

杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮磨削力研究

本文通过对杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮的试验，对以研磨为主要因素的修整磨削力进行了研究，从磨削模型、砂轮参数、工艺参数等方面研究了修整时的磨削力规律，并用角正回归法推导了磨削力试验公式。实验结果表明：砂轮变速磨削，径向磨削力降低，切深量对磨削力的影响最大，而低速磨削时磨削力最大。磨削力信号是一种平稳的周期振动信号。角正回归法是一种高精度的回归法。变速磨削时修整效率最佳。     

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。      

细粒度钎焊金刚石砂轮磨削花岗石的磨削力特征分析

通过测量磨削力,研究细粒度钎焊金刚石砂轮磨削花岗岩过程磨削力随加工参数的变化特征。结果表明:磨削力是随着砂轮线速度的增大而减小,随着工件进给速度的变大而增大,随着磨削深度的增大而增大。回归分析表明,磨削力受磨削深度的影响程度最大。不同加工条件下,法向磨削力与切向磨削力之间存在良好的线性关系,比值约为7.6。磨削过程中,金刚石与花岗石之间的运动符合Coulomb定律描述的滑动摩擦方式。     

工程陶瓷小砂轮轴向大切深缓进给磨削加工的砂轮磨损分析

小砂轮轴向大切深缓进给磨削以较大切深实现了较高的材料去除率,且使用的砂轮直径比常规磨削用砂轮小很多,我们针对这一特点开展了研究。实验通过改变砂轮转速、工件转速和磨削深度等加工参数,对轴向大切深缓进给磨削加工后的砂轮表面进行了形貌观测和磨损分析。分析表明,砂轮各部分的磨损形式与其在磨削过程中所起的作用有关:砂轮端面是磨削加工的主磨削区,磨粒和结合剂主要发生较大程度的磨损;砂轮圆周面主要对已加工表面进行修磨,因而结合剂和磨粒磨损为主要磨损形式;砂轮拐角作为过渡磨削区,承受的磨削力也比较大,而且由于磨粒与结合剂的结合力相对较小,因此易发生磨粒和结合剂的脱落。     

Study on axial-feed mirror finish grinding of hard and brittle materials in relation to micron-scale grain protrusion parameters

An axial-feed mirror finish grinding of hard and brittle materials is proposed by controlling grain protrusion parameters. In this grinding, the grinding wheel feed is along the wheel axial direction rather than in the traditional wheel cutting direction. The objective is to understand how micron-scale grain protrusion parameters influence ductile-mode grinding and ultimately to realize efficient mirror finish grinding using a coarse diamond grinding wheel. In this study, the grain tip truncation (GT-truncation) was performed after dressing to improve grain protrusion topography. First, a formation model of axial-feed ground surface was constructed to analyze the effect of grain protrusion parameters and grinding parameters on the critical cutting depth transferred from brittle-mode removal to ductile-mode removal; then GC dressing and GT-truncation of #180 diamond grinding wheel were experimentally performed to investigate surface roughness and ductile-mode grinding behavior with reference to grinding parameters and grain protrusion parameters; finally, a truncated coarser #60 diamond grinding wheel was employed for mirror finish grinding to observe active grain number and grain protrusion angle. Theoretical analysis shows that this ductile-mode grinding is dominated by active grain number, active grain protrusion angle, wheel rotating speed and axial-feed speed, but it does not depend on the depth of cut assumed to be less than the grain protrusion height. Experimental results indicate that the GT-truncation may increase active grain number and grain protrusion angle for ductile-mode grinding when the axial-feed speed decreases to some extent. Moreover, the micro tip radius of diamond grain also influences the ground surface. It is confirmed that by increasing active grain number and grain protrusion angle synchronously, a truncated #60 diamond grinding wheel can be applied for efficient mirror finish grinding of the SiC ceramic plate at the axial-feed speed of 50 mm/min and the tool path interval of 0.1 mm.     

凸轮型面摆动磨削残余应力有限元建模及分析

为分析摆动磨削工艺参数对表面残余应力的影响规律,基于热-力顺序耦合理论,建立基于温度场的凸轮残余应力有限元仿真模型,研究摆动频率、摆动幅度、砂轮线速度、磨削深度、工件转速、砂轮宽度、砂轮直径等工艺参数对凸轮型面残余应力的影响规律。结果表明：残余应力随工件转速、磨削深度、砂轮线速度的增加而增加,随砂轮宽度的增加先增加然后趋于平缓,随砂轮直径的增加而减少,随摆动频率与摆动幅度的增加而缓慢增加。     

Grinding of nanostructured ceramic coatings: surface observations and material removal mechanisms

Surface grinding of thermally sprayed nanostructured WC/12Co and Al₂O₃/13TiO₂ (n-WC/12Co and n-Al₂O₃/13TiO₂) coatings has been undertaken with diamond wheels and under various grinding conditions. This paper investigates the effects of the grinding parameters such as depth of cut, feedrate, wheel grit size and bond materials on grinding forces, surface finish and surface topography. Different from their consolidated counterparts, the coatings have large quantities of defects inherited from thermal spray process, which greatly influence the grinding process and ground coatings. The competing phenomenon between the effects on surface finish from both the thermal spray process and the grinding process is studied. Different surface topographies are observed and their relationship with grinding conditions and material properties is investigated. Furthermore, the material removal mechanisms in grinding are explored. The effects of grinding parameters, material properties and the defects from thermal spray process on material removal mechanisms are discussed.     

CBN杯形砂轮端面磨削轧辊的磨削几何学分析

本文建立了CBN(立方氮化硼)杯形砂轮端面磨削轧辊的几何模型，从磨削几何学的角度研究了杯形砂轮端面磨削轧辊的磨削特性和输人参数对切人线长度和宽度的影响，分析了端面磨削外圆时的磨削接触弧的特点，结果表明，当切深较小时，砂轮与轧辊为点接触；已加工表面的粗糙度主要取决于砂轮外缘的磨粒密度；磨削效率的高低取决于砂轮内缘的磨粒密度；在磨削过程中，应根据其他参数的变化调节砂轮轴线与轧辊间的偏移量H；提高砂轮转速有利于磨削效率的改善。