大切深磨削温度场的理论解析

本文推导了基于半无限体表现移动倾斜面热源模型的大切深磨削非稳态温度场，通过计算，结果表明：缓进给磨削温度达到似稳态温度所需时间比高效大切深磨削温度达到似稳态温度所需时间长得多，切深对工件已加工表面磨削温度和磨削弧区内工件表面磨削温度分布有重要的影响。     

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。      

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。     

缓进给磨削时磨除率的提高与表面质量的改善

本文对缓进给磨削可获得高效率和高表面质量、磨削时接触表面温度高而被磨工件温度低等特性,做了研究和解释。     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削下,工件表面粗糙度都低于普通加工,而超声振动辅助ELID磨削后的工件表面质量最高,相对普通磨削加工,超声振动辅助ELID磨削后的表面粗糙度降低了66％,相对于超声振动辅助磨削,超声振动辅助ELID磨削后,表面粗糙度降低了约41％.对工件表面进行残余应力测定发现,普通磨削加工后工件表面为残余拉应力,而超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削后的工件表面都产生了残余压应力,超声振动辅助ELID磨削后,工件表面的残余压应力高于超声振动辅助磨削约30％.普通磨削加工中,随磨削深度的增加,残余拉应力一直变大,而超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削的残余压应力总体呈现减小的趋势.在磨削深度达到22.5μm后,超声振动辅助磨削加工表面的残余压应力转变为残余拉应力.在超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削后,随超声振幅的增大,表面残余压应力增大,超声振动辅助ELID磨削表面的残余压应力随占空比的增大而增大.结论 超声振动辅助ELID磨削加工后,能得到更小的表面粗糙度及更大的表面残余压应力.     

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。      

纳米复相陶瓷超声振动平面磨削温度的试验研究

本文采用人工热电偶测温方式,对纳米ZrO2增韧氧化铝复相陶瓷,进行了普通和超声平面磨削温度试验研究.给出了普通和超声磨削两种情况下温度场的分布状态与规律,研究了不同的磨削参数,对陶瓷磨削温度的影响.研究得出:超声磨削的表面温度,一般比普通磨削的温度至少低70℃,复相陶瓷由于其材料的热特性,表现出距离表面越近,温度梯度越大的规律.磨削参数对表面温度的影响规律是,磨削深度影响最大,进给速度次之,砂轮速度最小.     

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     

磨料有序化排布砂轮磨削TC4温度实验研究

为了获得磨料有序化排布砂轮磨削TC4的温度变化规律,使用电镀CBN砂轮对TC4合金进行磨削实验。砂轮分别采用叶序、错位和无序3种不同的磨料排布方式。研究了工件表面平均温度与进给速度和磨削深度的关系,并对3种磨料排布方式的电镀CBN砂轮磨削工件时温度的变化形态进行对比。结果表明:在相同磨削条件下,磨料有序化排布能有效降低TC4的磨削温度,使用叶序排布磨料砂轮能获得更低的工件表面温度。     

缓进给磨削热模型及能量分配比率

介绍了在磨削过程中的主要限制因素之一-热损伤。通过分析和掌握影响磨削温度的多种因素,计算了磨削温度的关键因素-能量的分配。分析了工件在缓进给磨削中的磨削热,并建立了二维传热模型,详细介绍了磨削区中的最高温升模型、工件表面的热流量模型以及能量分配比率模型,得出了产生热损伤的最高临界温度及其影响因素。     

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

Heat flux distribution model by sequential algorithm of inverse heat transfer for determining workpiece temperature in creep feed grinding

The purpose of this study is to determine the heat flux distribution and to estimate the workpiece temperature in creep feed grinding. The sequential algorithm of the inverse heat transfer was used for determining the heat flux distribution. The amount of heat flux to the workpiece, the energy partition and the convective heat transfer coefficients both at the front and at the back of the heat flux were determined. Three heat source models using the determined amount of heat flux were applied to estimate the workpiece temperature. The workpiece temperatures estimated by the heat source models were compared with that measured by the embedded thermocouple. The scalene triangle model correlated best with measured and theoretical temperature profiles obtained for creep feed grinding.     

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的 揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法 通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果 钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论 超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作...     

Energy aspects and workpiece surface characteristics in ultrasonic-assisted cylindrical grinding of alumina–zirconia ceramics

Ultrasonic assisted grinding is a novel method for improving the grinding process of difficult-to-cut materials. In the present research a novel setup has been designed and manufactured for utilizing ultrasonic vibrations in external cylindrical grinding. The designed ultrasonic head vibrates a rotating workpiece in axial direction. An alumina–zirconia ceramic (AZ90) has been selected as the workpiece material. Energy aspects and workpiece surface characteristics of ultrasonic assisted cylindrical grinding (UACG) and conventional cylindrical grinding (CG) processes have been analytically modeled and corresponding grinding experiments have been performed. The combined kinematics of the cylindrical plunge grinding process and axial ultrasonic vibrations provide a unique surface treatment conditions, which leads to reduced peak heights and increased valley depths of the surface topography. The main axial vibration mode provides the overlap of the adjacent cutting traces and consequently smoothens the surface topography in cylindrical plunge grinding. It has been analytically and experimentally shown that, applying ultrasonic vibrations, grinding energy can be reduced up to more than 35% depending on the process parameters. The surface characteristics of the ground workpieces have been investigated in terms of four surface roughness parameters and the roundness error.     

超声干磨削对金属材料残余应力影响实验研究

采用电镀金刚石砂轮对45钢进行超声干磨削实验,研究了磨削深度、砂轮速度、工件速度和超声振幅对工件表面残余应力的影响。结果表明:在干磨削工况下,添加超声振动能增大表面残余压应力,磨削深度和工件速度的增加对增大残余压应力有益,而砂轮速度的增大将使残余压应力减小。     

二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究

冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动,分析磨削力的影响机制,在相同的磨削参数条件下,对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究,分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明：二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削,磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小,随着磨削深度的增大而增大;普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小。     

SiCp/Al复合材料超声振动研磨工艺研究

针对SiCp/Al材料传统研磨方法加工困难,研磨工具磨损快,加工后难以获得高质量表面等问题,采用超声振动研磨加工方法可以显著改善其加工效果。通过对单磨粒的超声振动轨迹进行分析,得出其运动轨迹为空间椭圆形,可实现磨粒与工件间歇性的接触加工;采用树脂结合剂金刚石磨头对SiC体积分数为40%的SiCp/Al材料进行超声振动研磨加工试验,在不同的主轴转速n、进给速度v和研磨深度a_p以及磨料粒度d下,利用单因素试验法对工件进行研磨,检测加工后工件表面粗糙度,得出各工艺参数对工件表面粗糙度S_a值的影响规律。结果表明:超声振动研磨后的工件表面粗糙度S_a值相较于普通研磨后的79 nm下降为45 nm;超声振动研磨后工件表面粗糙度随n的增大先减小后增大,转速为1 800 r/min时,粗糙度值最小;工件表面粗糙度随v和a_p的增大而增大,随着d的减小而减小。并得出试验参数内的最优参数组合为:n=1 800 r/min,v=5 mm/min,a_p=1 μm,d=4.5 μm。      

超声振动辅助磨削弧区的单颗磨粒切厚特征

为准确描述超声振动下的单颗磨粒切厚特征,实测多层金属结合剂金刚石砂轮表面的相邻2颗磨粒的周向间距以及磨粒出刃高度;依据超声振动辅助磨削的磨粒运动轨迹方程及相邻磨粒运动轨迹干涉理论,采用等分线法,利用MATLAB软件求解磨粒在完整接触弧区的单颗磨粒切厚值,并分析各主要参数对单颗磨粒切厚特征的影响。结果表明:相邻磨粒间距、相邻磨粒高度差对单颗磨粒切厚的影响均呈线性变化;单颗磨粒切厚随超声振幅的增大而线性增大,且随超声振动频率的增大而阶段性变化;超声振动辅助磨削的单颗磨粒切厚特征受砂轮转速、磨削深度的影响较大,受工件进给速度的影响相对较小。