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。     

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。      

金属结合剂金刚石砂轮的修整研究(Ⅰ)——用立体照片对测量磨粒的突出高度及磨粒突出高度对磨削性能的影响

金属结合剂金刚石砂轮的磨粒突出高度极大地影响砂轮的磨削性能。磨粒突出高度大小容易导致砂轮堵塞从而使磨削力增大;磨粒突出高度太大则容易导致磨粒脱落从而使砂轮磨损加快。然而,迄今为止,精确测量磨粒突出高度的方法尚未见诸报道。本文提出了一种用立体照片对测量磨粒突出高度的方法,即所谓“3D法”,并对磨削Si_3N_4时,磨粒突出高度对砂轮磨削性能的影响进行了实验研究。砂轮的修整用杯形砂轮修整器完成。主要结论如下:(1)砂轮表面修整后,磨粒突出于金属结合剂基面,并且在磨粒后方存在一三角洲状结合剂残留物。磨粒突出高度分布近似为正态分布。(2)磨削力随磨削次数单调增加。(3)通过研究磨削力、工件表面粗糙度及砂轮磨损同磨粒突出高度的关系,对最佳磨粒突出高度进行了一些讨论。     

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。     

钎焊金刚石磨削石材过程中磨粒磨损状态研究

通过数字视频采集系统跟踪观察钎焊金刚石砂轮磨削过程中磨粒表面形貌变化.研究了钎焊金刚石砂轮在磨削花岗石材料过程中,金刚石磨粒的出刃高度和磨损状态的变化规律.结果表明,钎焊金刚石工具在加工过程中,钎焊金刚石磨粒可分为六种磨损状态:完整晶形、微观破碎、宏观破碎、磨平、折平和脱落.磨粒磨损路径主要是以完整→微观破碎→宏观破碎→脱落的方式进行.金刚石磨粒在磨损过程中,可分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段.     

钎焊金刚石砂轮高速磨削氧化铝陶瓷的磨损特征

利用真空炉中钎焊工艺制作了钎焊金刚石砂轮,并对氧化铝陶瓷进行高速磨削的磨损研究.实验中,监测了磨削过程中每道磨削的磨削力特征,观察和统计了不同磨削阶段的砂轮表面磨粒磨损状态及变化情况,同时测量了磨粒的出刃高度.结果表明:在高的砂轮线速度和高的材料磨除率下,容易造成大量的磨粒断裂和完全破碎.仅有1.23％的金刚石磨粒是经历“完整-磨平—微破碎—半破碎—断裂(全破)”的失效过程,即磨粒理想的失效路径.通过对钎焊工艺、磨粒承受的载荷以及砂轮表面磨粒浓度和排布方式等因素的分析,阐明了文中钎焊金刚石砂轮中磨粒失效的原因.     

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。      

超硬磨具磨粒有序排布技术的原理及应用

磨料有序排布的超硬磨料工具是磨削工具家族的新品种,其工作表面具有按一定规律整齐排布的磨削刃,与传统磨具相比具有容屑空间大、磨削刃锋利、磨削力小和磨削温度低等优点,目前已经成功应用于高效精密磨削加工领域,并表现出良好的应用潜力。但如何实现磨粒高效率和精确的有序排布还是一个难题,因此迫切需要发展新的磨粒排布技术。文章介绍了有序排布磨料的基本理论,磨具的构造、主要制造方法以及研究发展情况,分析了排布方式对磨削性能的影响,并对其今后的发展方向进行了展望。      

有序排布钎焊金刚石磨盘的实验研究

将有序排布理论运用到钎焊技术,成功制备适合黑色金属、钢铁材料磨拋的新型工具—有序排布单层钎焊金刚石磨盘;将平面单颗磨粒有序排布方式与磨料群可控排布方式相结合,设计出一种新型磨盘顶端平面排布方式,并确定排布参数;对船用钢板Q345低合金高强度结构钢进行磨拋试验,对比分析新型钎焊金刚石磨盘与传统树脂砂轮片的磨削性能。结果表明:新型磨盘较树脂砂轮片噪音提高,磨屑规则(主要呈带状),磨粒以磨损失效为主,几乎无整颗磨粒脱落,磨削效率约为树脂砂轮片的1.5倍。     

合金淬硬钢20Cr2Ni4A小直径CBN砂轮磨削研究北大核心

针对合金淬硬钢20Cr2Ni4A在小直径砂轮磨削过程中,存在磨削力大、排屑难且磨损快的问题,考虑实际砂轮形貌特征,建立了砂轮磨削轨迹与磨屑厚度模型,揭示了砂轮尺寸及磨料参数对磨粒运动轨迹与磨屑厚度的影响规律。进一步建立了磨削表面线轮廓模型,并通过开展小直径CBN砂轮磨削合金淬硬钢20Cr2Ni4A实验,验证了模型的准确性。探究了磨削比能随磨削厚度的变化规律,结果表明当磨屑厚度小于0.02μm时,受尺寸效应影响,随着磨屑厚度增大,磨削比能由75 J/mm3降低至40 J/mm3。当未变形磨屑厚度大于0.02μm时,磨削比能随磨屑厚度变化不大。对比分析了进给速度对不同粒度小直径砂轮磨削力的影响规律,结果表明,当进给速度在400 mm/min以下时,粒度#200砂轮的磨削力与粒度#120砂轮的磨削力相差不大,选用粒度#200的砂轮可获得更好的磨削质量。开展不同粒度的小直径砂轮磨损对比试验,结果表明,粒度#120砂轮磨损类型主要为磨粒破碎,粒度#200砂轮磨损类型包括镀层划擦与磨料破碎,揭示了不同粒度的小直径砂轮磨损机制。     

结构化超硬磨料砂轮设计与制备研究进展

从减摩降力、导屑促排、储液换热的角度出发，探索结构化砂轮在降低磨削力及磨削温度、抑制工件表面热损伤、提高工件加工表面完整性等方面的有效方法。以砂轮表面/基体结构的几何形状、三维尺寸及排布方式等因素对磨削性能的影响为主线，对结构化砂轮设计、制备的基本原理与最新进展进行了全面的论述和总结，重点揭示了结构表征参数-砂轮磨削性能-工件表面质量的内在关联，深入剖析了结构化砂轮在磨削中的优越性，并预测了其未来发展趋势，旨在为推进超硬磨料结构化砂轮的设计及制备技术发展提供理论指导和实践经验。     

Surface Generation with Engineered Diamond Grinding Wheels: Insights from Simulation

Engineered wheels are a recent innovative development towards consistent and exceptional performance in fine grinding operations. Abrasive grains in an engineered wheel are positioned in a specific spatial pattern, as opposed to random locations in a conventional wheel. The present work relates to the formulation of a theoretical framework for the design of engineered wheels In terms of maximizing their performance with respect to their surface generation characteristics. Computer simulations Indicate that: (I) The distribution of abrasive protrusion height, rather than Its absolute maximum value, determines the roughness of the ground surface and controls the associated variability, and therefore by tailoring the distribution appropriately, the performance of the wheel can be improved significantly, (II) With an ordered arrangement of abrasive grains, the finish obtained is a strong function of the axial offset between adjacent rows of grains, but the best finish achieved thus is only on the order of that obtained with a conventional wheel, and (III) The effect of grain shape on the roughness of the ground surface is comparable to the Inherent process variability.     

刚玉砂轮缓进深切磨削K444镍基高温合金研究

为评价K444高温合金的磨削加工性能,采用棕刚玉砂轮和白刚玉砂轮进行磨削试验,对比分析其磨削力、磨削比能、磨削工件的表面形貌和表面粗糙度以及砂轮磨损.结果表明:相比于白刚玉砂轮,棕刚玉砂轮的磨削力更小,磨削后工件表面粗糙度低,其表面粗糙度Ra在0.206～0.455μm,更易获得光滑的磨削表面.对表面粗糙度的敏感度分析...     

On the mechanics of the grinding process, Part III—thermal analysis of the abrasive cut-off operation

This is Part III of a 3 part series on the Mechanics of the Grinding Process. Part I deals with the stochastic nature of the grinding process, Part II deals with the thermal analysis of the fine grinding process and this paper (Part III) deals with the thermal analysis of the cut-off operation. Heat generated in the abrasive cut-off operation can affect the life of resin bonded grinding wheels and cause thermal damage to the workpiece. Thermal analysis of the abrasive cut-off operation can, therefore, provide guidelines for proper selection of the grinding conditions and optimization of the process parameters for improved wheel life and minimal thermal damage to the workpiece. In this investigation, a new thermal model of the abrasive cut-off operation is presented based on statistical distribution of the abrasive grains on the surface of the wheel. Both cutting and ploughing/rubbing that take place between the abrasive grains and the work material are considered, depending on the depth of indentation of the abrasives into the work material. In contrast to the previous models, where the apparent contact area between the wheel and the workpiece was taken as the heat source, this model considers the real area of contact, namely, the cumulative area of actual contacting grains present at the interface as the heat source. It may be noted that this is only a small fraction of the total contact area as only a small percentage of the abrasive grains present on the surface of the cut-off wheel are in actual contact with the workpiece at any given time and even a smaller fraction of them are actual cutting grains taking part in the cut-off operation. Since, the Peclet number, N_Pe in the case of cut-off grinding is rather high (a few hundred), the heat flow between the work and the contacting abrasive grains can be considered to be nearly one-dimensional. In this paper, we consider the interaction between an abrasive grain and the workpiece at the contact interface. Consequently, the heat source relative to the grain is stationary and relative to the workpiece is fast moving. The interface heat source on the grain side as well as on the workpiece side is equivalent to an infinitely large plane heat source with the same heat liberation intensity as the circular disc heat source. However, it will be shown in the paper that the contacting times are different. For example, the abrasive grain contacts the heat source, as it moves over the wheel-work interface, for a longer period of time ( milliseconds) whereas the workpiece contacts the heat source for shorter period of time ( a few microseconds). The temperature in the grinding zone is taken as the sum of the background temperature due to the distributed action of the previous active grains operating in the grinding zone (global thermal analysis) and the localized temperature spikes experienced at the current abrasive grain tip-workpiece interfaces (local thermal analysis), similar to the work reported in the literature [Proc Roy Soc (London) A 453 (1997) 1083]. The equivalent thermal model developed in the present investigation is simple and represents the process more realistically, especially the heat partition. The model developed provides a better appreciation of the cut-off operation; a realistic estimation of the heat partition between the wheel, the workpiece, and the chip; thermal gradients in the workpiece due to abrasive cut-off operation, and an insight into the wear of the cut-off wheels.     

An Investigation of Grinding with Electroplated CBN Wheels

Grinding of hardened bearing steel with electroplated CBN wheels was Investigated with particular attention to how the wear of the abrasive grains affects the wheel topography and grinding performance during the wheel ire. Power, surface roughness, and wheel topography data were obtained throughout the wheel life for internal cylindrical grinding. Dulling of CBN gratis by attrition was found to cause an increase in the grinding power, but the degree of dulling was restricted mainly by grain fracture and also by grain pullout. Grain fracture and pullout had a much smaller effect on the progressive increase in active grain density, which caused the surface roughness to progressively decrease. Wheel failure tended to occur by stripping of the abrasive layer when the radial wear reached about 70% - 60% of the grain dimension     

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。     

仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮磨削碳化硅陶瓷实验研究

目的 减少金刚石砂轮磨削工程陶瓷材料时的砂轮磨损，改善加工表面质量。方法 以人造金刚石为磨料，青铜结合剂为黏结剂，加入一定质量分数的二硫化钼和二氧化钛纳米颗粒作为填充材料，制备出青铜结合剂自润滑金刚石砂轮。利用脉冲激光在金刚石砂轮表面烧蚀出经设计的仿鸟羽减阻几何结构，得到新型仿鸟羽结构自润滑金刚石砂轮。制备了4种不同工况砂轮，传统青铜金刚石砂轮（TGW）、纳米自润滑金刚石砂轮（NGW）、仿鸟羽结构化金刚石砂轮（FGW）、仿鸟羽结构化纳米自润滑金刚石砂轮（FNGW）以对比其磨削性能差异。开展Si C陶瓷磨削实验，研究FNGW磨削机理。从磨削力、表面质量、砂轮磨损3个方面评价FNGW磨削性能。结果 纳米颗粒的加入不会降低砂轮力学性能，砂轮表面的仿鸟羽结构激光成型烧蚀质量较高，对未烧蚀区域没有影响。与TGW相比，FGW除工件表面粗糙度值Ra与砂轮磨损有略微改善外，其他磨削性能都有明显提升。NGW磨削性能都有所提升，但提升效果不太明显。结合二者优势的FNGW，其各磨削性能都有显著提升。其中磨削力最大降低了65.1%，工件表面粗糙度值Ra最大降低了21.5%，砂轮磨损明显减少，有效提升了砂轮的使...     

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。      

基于阶梯分层磨削试验方法的棕刚玉砂轮磨损演变研究

为提高镍基合金K4125的材料加工效率、改善其表面质量,开展棕刚玉砂轮磨削K4125的磨损试验研究。基于阶梯分层磨削、石墨复形的试验方法,探究砂轮的磨损机理,分析砂轮磨损对磨削力、工件表面质量的影响规律。结果表明:当K4125累积材料去除体积由100 mm3/mm增至125 mm3/mm时,砂轮进入剧烈磨损阶段,棕刚玉砂轮的磨削力比增加了70.3%至10.9;砂轮径向磨损量由18.0 μm增至25.1 μm。由于K4125表面氧化物与棕刚玉砂轮亲和性较强,砂轮磨损表面存在大量由黏附磨屑形成的磨耗平台,其材料去除能力急剧降低。综合考虑砂轮的磨损速率与磨削效果,棕刚玉砂轮磨削K4125合金的最佳材料去除体积应控制在100 mm3/mm。