工程陶瓷高效平面磨削表面波纹度试验研究

 以氧化铝和氧化锆两种工程陶瓷在高效磨削条件下的磨削振动和表面波纹度为研究对象,概述了磨削表面波纹度的定义和评价方法以及产生波纹度的原因,在超高速平面磨削实验台上进行磨削工艺试验,通过改变砂轮线速度、进给速度和磨削深度,分析了磨削参数对零件表面波纹度的影响。在试验研究的基础上,对磨削表面波纹度的影响因素和机理进行分析和讨论。试验结果表明,在陶瓷材料高效平面磨削中,砂轮线速度和进给速度是影响磨削颤振与表面波纹度的主导因素。在如120 m/s的较高砂轮线速度时,磨削过程振动主要是由强迫振动引起,工件表面质量好于低速情况。在保证较高磨削效率的前提下,陶瓷材料的高效磨削更适合在大切深和小进给速度条件下进行。     

SiC_p/Al超声振动辅助磨削砂轮选择方法研究

使用电镀金刚石砂轮、钎焊金刚石砂轮、陶瓷结合剂烧结金刚石砂轮和树脂结合剂烧结金刚石砂轮超声振动辅助磨削铝基碳化硅(SiC_p/Al),将砂轮磨损、材料去除、磨削表面形貌进行了对比分析,给出SiC_p/Al超声振动辅助磨削砂轮的选择方法。结果表明,陶瓷结合剂烧结金刚石砂轮在超声振动辅助磨削SiC_p/Al的过程中具有磨削过程平稳、材料去除均匀、工件表面质量好、砂轮磨损小的特点,是磨削SiC_p/Al的理想砂轮。本文的研究工作作为SiC_p/Al磨削工艺研究领域的一个方面,对SiC_p/Al磨削过程中砂轮的选择研究具有一定的指导意义。     

微磨削与超声振动复合加工技术研究现状与展望

微细切削技术是传统加工工艺向微观尺度的延伸,在微加工领域具有重要的作用,尤其适用于三维零件及微结构的加工。与其他微细切削技术相比,微细磨削技术具有加工零件棱边精度高、适于硬脆性材料加工等优势,但其存在加工效率低、磨削热量大、微砂轮易磨损等缺陷。已有研究表明,于机械加工辅加超声振动的复合加工技术可有效降低切削力、切削温度,增大脆性材料脆-塑转变临界切削深度,改善加工表面质量等。因而超声振动辅助微磨削技术被认为是一种可有效解决微磨削加工现存缺陷的技术。主要从微磨削技术研究现状、尺寸效应机理研究、脆性材料塑性域去除机理研究、超声振动切削实验研究、超声振动切削断续切削机理研究及微磨削动态有效磨刃密度建模研究六个方面,对微磨削技术及超声振动辅助切削技术相关领域研究进行综述,并探讨超声振动辅助微细磨削技术加工机理研究及未来发展需注重解决的问题。     

振动辅助磨削——压电平台的设计与制造

旨在研究振动辅助磨削．首先综述了用于不同条件下的振动辅助磨削以及利用振动辅助抑制砂轮堵塞的现象．还论述了振动辅助磨削的优点，例如降低磨削力和磨削温度，提高磨削效率和工件质量等．为了实现振动辅助磨削，设计和制造了一个由平行四连杆机构和压电驱动元件组成的压电平台，并且使用该压电平台进行了陶瓷材料的振动磨削实验．给出了振动磨削实验的初步结果并对结果进行了讨论．     

考虑机床-磨削交互的工件表面形貌仿真

磨削加工方法是保证加工表面质量的重要手段,机床结构与磨削过程之间存在的交互作用会对工件表面质量产生不利影响。以砂轮端面磨削加工过程为研究对象,在研究磨削工件表面形貌仿真方法的基础上,深入分析了机床结构与磨削过程之间交互作用对工件表面形貌的影响。首先基于砂轮表层磨粒的随机分布特性建立了虚拟砂轮形貌,然后通过对磨削过程中砂轮磨粒与工件几何干涉作用的分析,建立了磨粒运动轨迹方程和工件表面形貌方程。考虑砂轮变形对磨削过程的反向作用,建立了主轴-砂轮结构与磨削过程间的交互模型,采用耦合仿真的方法对机床-磨削交互过程进行了仿真,并考虑磨削过程中的交互作用提出了一种新的磨削工件表面形貌仿真模型,实验结果验证了所给算法的正确性和有效性,该方法为进一步优化磨削工艺参数提供了依据。     

内齿轮成形磨削砂轮架振动特性实验研究

为提高内齿轮成形磨齿机砂轮架结构的稳定性,应用有限元对砂轮架进行了模态分析和谐响应分析,得到了磨削头的前6阶振型和固有频率,研究了砂轮架的应力和位移对频率的响应特性。基于响应曲面优化分析法对砂轮架结构参数进行多目标优化,确定最优的结构参数,提高振动特性。在多种磨削工况下对优化前后的磨削头进行振动试验,结构优化后的砂轮架在相同磨削工况下振动加速度比优化前小,磨削头工作稳定性得到明显提高,从而验证了有限元仿真建模和结构参数多目标优化的有效性和工程适用性。     

单颗粒金刚石平面磨削C/SiC复合材料的有限元仿真

建立有限元模型对C/SiC复合材料单颗金刚石磨粒平面磨削加工过程进行数值模拟,结合Abaqus有限元分析软件建立材料本构模型,仿真分析单颗粒平面磨削过程中不同砂轮转速和磨削深度对磨削力、工件表面形貌的影响规律。结果表明,随着砂轮转速的提高,法向及切向磨削力变小,表面质量提高,亚表面裂纹变小;随着磨削深度的增加,法向及切向磨削力变大,表面质量变差,亚表面裂纹变深。该研究为陶瓷基复合材料磨削加工机理的研究及磨削工艺参数优化,提供了高效的方法和理论依据。     

铁氧体磨削加工表面的缺陷及解决措施

讨论了铁氧体材料磨削加工中可能出现的表面缺陷.通过研究和实践解决了实际工作中遇到的铁氧体磨削表面质量问题,得到了满足使用要求的工件.同时总结出了砂轮状况、磨削参数等影响铁氧体磨削加工表面质量的因素以及应当采取的工艺方法和制造过程中的控制措施.     

旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计与试验研究

砂轮变幅器是旋转超声内圆磨削谐振系统的关键部件,其设计质量直接影响超声磨削的工艺效果。但目前内圆磨削砂轮变幅器缺乏较为完善的理论分析模型。为提高砂轮变幅器理论分析模型的通用性,基于非谐振设计理论建立了纵向谐振砂轮变幅器的理论分析模型,并利用砂轮变幅器各振动单元间的力、位移连续条件与边界条件推导了其频率方程。然后,针对频率方程进行编程求解,并通过ANSYS有限元仿真分析进行验证。最后,加工制作了纵向谐振砂轮变幅器,并开展阻抗特性分析试验、超声谐振试验和振动位移测量试验,分析了其谐振特性。试验结果表明,所研制的砂轮变幅器的谐振试验频率与理论设计频率一致,其输出端振动位移的试验值与仿真值的相对误差为7.83%,符合旋转超声内圆磨削的要求,验证了理论分析模型求解的正确性。研究结果为旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计提供了便捷且有效的方法。     

基于异形砂轮的超声加工系统设计研究

针对超声辅助磨削碳纤维复合材料不仅可以保证砂轮的自锐性,而且可以抑制碳纤维复合材料缺陷的产生。研究适应超声速推进器中异形、深腔燃烧室构件的超声加工系统;基于一维振动理论和薄板振动理论,分别建立了多段式变幅杆和异形砂轮的频率方程,并在此基础上应用MATLAB 7. 1软件进行数值计算获得了带有异形砂轮的多段式变幅杆;之后,对设计出超声振动系统分别进行有限元分析和固有频率测试,结果表明二者相对设计频率的误差在1. 4%以内。通过对研制的超声加工系统对碳纤维复合材料构件进行切削试验,获得了较好的加工效果。     

超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的实验研究

针对现有全锆牙在制作过程中存在二次烧结、收缩精度难以控制等问题,提出了采用超声振动辅助磨削完全烧结氧化锆陶瓷牙冠的方法。从理论分析的角度对其运动学特性进行了研究,并通过超声振动辅助磨削和普通金刚石磨削实验,对该方法的可行性进行了分析。结合牙冠的加工特点,重点研究了主轴转速对材料去除率、表面粗糙度以及最大边缘碎裂的影响规律。实验结果表明,超声振动辅助磨削不仅能提升材料的去除率,有效抑制出口边缘碎裂,同时降低了工件表面的粗糙度,是实现完全烧结氧化锆陶瓷牙冠高效低损伤加工的新方法。     

先进陶瓷材料超声振动铣磨加工表面粗糙度仿真及实验(英文)

为了对超声振动铣磨加工先进陶瓷的表面粗糙度进行预测,建立了加工表面形貌的仿真模型.通过实验测得砂轮表面形貌和磨粒突出高度信息,并对这些信息进行Kolmogorov-Smirnov正态验证,发现砂轮表面形貌不服从高斯分布.对非高斯分布的数据进行Johnson变换,建立砂轮形貌的数值模型.结合砂轮表面形貌和磨粒与工件的相对运动分析,提出了一种表面轮廓搜索方法,进而生成了加工表面的三维形貌.最后,在DMG ULTRASONIC 70-5 linear机床上进行切削实验,对仿真结果进行了验证,结果表明仿真与实验结果具有较好的一致性,并对仿真误差产生的原因进行了分析.     

磁流变阻尼器控制砂轮振动实验

砂轮振动是磨床磨削过程中产生工件加工表面振纹,影响加工质量的重要因素。针对砂轮不平衡引起主轴振动,搭建砂轮振动控制实验台,模拟磨床工作状态。在砂轮主轴上安装磁流变阻尼器,实验研究阻尼器对砂轮振动控制影响规律。结果表明,在砂轮机工作转速下,阻尼器通入电流,砂轮主轴振动峰峰值及转频振动幅值均有明显下降,降幅随电流增大而增大。通过分析时域及频域波形,可知阻尼器能有效抑制砂轮主轴振动,使砂轮振动保持在较低水平。     

Study on Electro Discharge Diamond Wheel Grinding (EDGM) of Ceramic Materials

This paper focuses on studying the principal of machining of ceramic materials using diamond wheel grinding and electro-discharge machining (EDM) and hence a new machining method, diamond wheel grinding with electro-discharge machining (EDGM) was proposed. This combined machining technology merges the respective advantages from diamond wheel grinding and electro-discharge machining. It can, therefore, increase the efficiency and the quality of ceramics machining. Experimental results showed that the machining efficiency of the combined machining technique is two to three times of diamond wheel grinding with the same quality surface finish.     

Ductile Regime Mirror Finish Grinding of Ceramics with Electrolytic In-process Dressing (ELED) Grinding

Advanced structural ceramics, such as silicon nitride based materials, are of interest owing to their unique physical and mechanical properties. However the cost of grinding these ceramics, which is an integral part of their fabrication, is very high. Moreover, grinding can result in surface and sub-surface damage in the material and these defects can significantly reduce the strength and reliability of the finished components. Grinding damage is sensitive to grinding parameters. Two types of silicon nitride based ceramic materials were ground with Electrolytic In-Process Dressing (ELID) using different grit sized metal bonded diamond grinding wheels. With the application of ELID technology, mirror surface finish was realized with a #4000 mesh size wheel (average grain size = 4μm). Differences in ground surface topography caused by wheel grain size were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The SEM and AFM studies reveal that material was predominantly removed in the ductile mode when ELID grinding was performed with a #4000 grit size wheel or finer.     

旋转超声磨削Si3 N4陶瓷用金刚石磨具磨损行为研究

热压烧结Si₃N₄陶瓷材料常应用于航天飞行器中关键耐高温零部件,但由于高硬度和低断裂韧性,其加工效率和加工表面质量难以满足制造需求。为了提高热压烧结Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工质量,减小由于金刚石磨具磨损带来的加工误差,开展了磨具磨损行为研究。基于热压烧结Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工实验,分析了金刚石磨具磨损形式;基于回归分析建立了金刚石磨具磨损量数学模型,揭示了加工参数及磨具参数与金刚石磨具磨损量间映射关系;并研究了磨损形式与磨具磨损量及加工表面粗糙度影响规律。结果表明：磨粒磨耗是旋转超声磨削Si₃N₄陶瓷用金刚石磨具最主要磨损形式,比例超过50%;主轴转速和磨粒粒度对磨具磨损量影响最为显著;且磨损量较小时,加工表面粗糙度值反而增加。以上研究可为提高旋转超声磨削Si₃N₄陶瓷加工精度和加工质量提供指导。