硬脆材料超声辅助磨削技术研究现状及展望

硬脆材料具有高强度、高硬度、低密度等特点,用传统方式加工时损伤大、效率低,而超声辅助磨削具有磨削力小、加工质量优等优点,在硬脆材料加工领域具有独特优势。从不同振动维数及振动方向与磨削表面位置关系的角度出发,总结了不同类型超声辅助磨削加工的机理及特性,在此基础上探讨了硬脆材料超声辅助磨削的延性域加工机理、超声振动参数与磨削用量匹配性的研究现状,并对今后超声辅助磨削领域应重点关注的研究方向进行了展望。      

国外硬脆材料的最新加工技术

本文主要介绍和分析国外两种最新的脆性材料加工技术，并希望能引起国外内同行的注意和兴趣。     

高精磨削硬脆材料的新方法

工程陶瓷铁氧体一类硬脆材料,在半导体、磁头和光学零件等现代工业中使用越来越多。它们对缺陷的敏感性,使它们的工作表面必须十分精整。因此,用超硬砂轮高精磨此类零件是必要的,但普通砂轮的修整方法不宜使用,使用加工中修整法,可明显提高砂轮性能,减小被磨工件表面粗糙度和损伤,并减小磨削力,是高精磨削硬脆材料的好方法。     

脆硬材料加工机理的研究

为了了解脆硬材料的加工情况，本文采用扫描电镜和高速摄影机对典型的脆硬材料，玻璃的磨削过程，静态，动态地进行了细致的观察和分析，提出了脆理材料的磨削模型，该模型全面地反映出整个加工过程中所发生的现象，对脆硬材料的加工有指导意义。     

复杂曲面硬脆材料零件磨削加工数值模拟

建立了大型复杂形面薄壁石英纤维复合材料的树脂金刚石磨削过程传热学模型,并基于有限元方法,利用工程数值模拟软件ANSYS对石英纤维材料磨削时的热传递过程进行了数值计算,得出工件的温度场分布规律及温度变化历程。研究表明：以现行磨削用量干磨削后,磨削最高温度达到316℃,热量主要分布在表层2 mm深范围内,对工件表面材料性能影响不大;同时得到了温度场分布随热源的移动而变化的规律及工件表面某位置下不同深度的温度变化历程。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测整个磨削过程,优化磨削参数,减少试验次数与成本,为解决磨削表面热损伤和热变形等问题提供了依据。     

砂带磨削硬脆材料实验研究

砂带磨削在硬脆材料加工中具有优良的性能。本文比较了砂带磨削常用的两种方式，并研究了恒压力压磨板砂带磨削中各影响因素，如法向压力、磨料种类及粒度等对花岗岩、辉绿岩、大理岩和瓷质砖这四种常用硬脆材料磨削效果的影响。试验结果表明：采用恒压力磨削方式、较大法向压力或速度、选择较粗粒度砂带可明显提高材料切除率；对于硬度较低的大理岩，采用砂带磨削可获得高切除率。     

脆硬材料的一次走刀镜面磨削技术

用一般方法无间希磨削，需要按顺序使用粒度不同的砂轮进行多次磨削方能完成，因此加工周期长，成本高。本文介绍一种用金属结合剂微细金刚石砂轮一次走刀完成镜面加工的方法。     

硬脆材料加工技术发展现状

文章对硬脆材料的各种加工方法作以综述,介绍了切割技术的种类、适用范围及最新研究成果;重点归纳磨削的各种技术,介绍了最新的磨削技术及其发展情况;对研磨抛光及特种加工技术的原理、概况发展及其适用范围也作了说明,尤其对近来出现的硬脆材料加工技术进行了详细介绍,并展望了硬脆材料的发展情况。     

硬脆材料的磨粒加工仿真技术

单晶硅等硬脆材料具有高硬度、低断裂韧性等特性,属于难加工材料,其加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷。影响硬脆材料磨粒加工过程的因素复杂,一般用仿真技术来研究磨粒加工硬脆材料的去除机理等。本文概述了硬脆材料磨粒加工相关研究中广泛应用的网格法、无网格法以及网格与无网格结合方法,对比分析各仿真方法的特点及存在的局限性并提出未来的研究方向。      

超声波磁流变钻削硬脆材料小孔研究

硬脆材料在航空航天等领域的应用日益广泛,在硬脆材料上加工出微观表面形貌损伤少的小孔,一直是制造领域的技术难题之一。采用超声波磁流变复合钻削方法加工硬脆材料小孔,通过建立材料去除理论模型,揭示了超声波磁流变复合钻削材料去除规律。实验表明:超声波磁流变钻削硬脆材料小孔方法可较好地提高零件的表面加工质量。     

高速磨削脆性非金属材料时消振方法研究

脆性非金属材料(如玻璃)在高速高效率镜面磨削时,零件表面容易出现裂纹(或破碎的缺陷层),其根本原因在于加工工艺系统的振动.运用理论力学的方法对加工系统振动进行分析,在双级减振原理的基础上建立其数学模型并设计了消振试验装置.以工艺系统中的弹性介质(如冷却液)等作为减振元件,通过改变冷却液的流量和主轴转速的方法使砂轮工作在系统共振区外的区域,最大限度地减少了砂轮的振动,从而保证了高磨削效率下零件的表面质量.     

Novel Kinematics for Cylindrical Grinding of Brittle Materials

Brittle materials are characterised by grinding direction related strength anisotropy attributed to the dual population of grinding induced microcracks. Surface grinding operations are therefore implemented such that the grinding lay is along the direction of maximum tensile stress in the component, which corresponds to minimal strength degradation. The kinematic configuration of conventional machine tools inherently precludes such an approach in cylindrical traverse grinding. To this end, the paper presents aspects of an innovative material-adapted kinematic variant, which corresponds to an enhancement of characteristic flexural strength of about 30% in comparison to conventionally ground quartz samples.     

超声波加工硬脆材料机理的有限元分析

通过非线性有限元程序LS-DYNA,模拟金刚石磨粒冲击玻璃材料过程中裂纹的产生和材料去除情况,分析超声加工硬脆材料的去除机理.     

PCD刀具切削加工硬脆材料时负切削力现象的研究

本文以辉长岩为全和聚晶金刚石（ＰＣＤ）刀具进行了硬脆材料切削加工试验,在时域和频域内对切削力信号进行了数字信号分析处理,提出,硬脆材料切削为可分为成切削力趋势量切削力随机量两部分。硬脆材料的组成结构特点和切削中刀具的振动是硬脆材料切削力出现负值现象的主要原因。     

硬脆材料表面加工V形槽结构的试验研究

金刚石砂轮成形磨削加工技术是硬脆材料表面微结构加工的一种有效方法。应用V形砂轮在硬质合金YT15和Al2O3陶瓷两种材料表面进行V形微结构的磨削试验,通过磨削试验研究V形微结构的成形磨削效果、磨削参数对V形槽的表面质量及磨削过程中的磨削力和比磨削能的影响。试验结果表明应用V形砂轮可以较好地实现硬脆材料表面V形槽结构的磨削,在可加工性好的材料上V形槽磨削所需的磨削力和比磨削能相对较大。磨削参数的变化影响V形槽表面质量及磨削过程中的磨削力和比磨削能,其中比磨削能可以反应磨削过程中的材料去除方式。YT15表面的试验结果表明V形砂轮的磨损对加工出的V形槽的轮廓结构有相当大的影响。     

TiB_2基硬质材料的研究进展

本文介绍了TiB_2的性质和制备方法。总结了近年来TiB_2基硬质材料的研究现状:TiB_2基硬质材料体系的选择主要是通过加入第二硬质相实现增强增韧和加入金属作为粘接剂来改善性能,制备性能优异的硼化钛基硬质材料;TiB_2基硬质材料的制备技术主要有热压烧结技术、机械合金化技术、放电等离子烧结技术和原位反应烧结技术等,不同制备工艺获得的材料的硬度、强度和密度略有不同。提出了TiB_2基硬质材料研究过程中存在的困难,体系之间的物质反应产物控制难度大,生成的硼化物给后续的分析工作带来难度;实验过程中带入碳,影响材料的致密性;硼化钛的烧结性能不好,要合理的设计复合材料的成分,为以后的研究工作提供参考。     

喷雾电化学放电加工难导电硬脆材料试验研究

针对传统电解电火花加工难导电硬脆材料存在的问题,提出了一种使用开槽金属轮作为一极,另一极为紧贴工件表面的进电金属片的喷雾电化学放电加工方法,对单晶硅和氧化铝陶瓷进行了试验研究,并加工出了窄槽实物。通过分析加工表面微观形貌可知,单晶硅等半导体材料主要依靠电化学腐蚀、电化学放电和化学溶解进行综合蚀除,氧化铝陶瓷等绝缘材料经电化学放电通常只能产生软化层,再由机械方法实现延性方式去除。最后研究了峰值电压、脉冲宽度、脉冲间隔、电解液浓度、开槽金属轮转速等因素对单晶硅和氧化铝陶瓷材料去除率和表面粗糙度值的影响规律。