小直径磨棒磨削加工TiC颗粒增强钢基复合材料GT35

为探究TiC颗粒增强钢基复合材料GT35合理的加工参数和冷却润滑条件,研究其对切削力、表面质量及刀具磨损的影响规律,采用小直径磨棒以侧面磨削方式开展试验。结果表明：干磨削会引起磨棒烧伤,极压磨削油的润滑效果优于水基合成磨削液的;磨棒在极压磨削油润滑下,磨削工件12 min后进入稳定磨损状态,其主要磨损形式为磨粒破碎、磨粒磨耗和磨粒脱落;主轴转速对切削力的影响大于进给速度的,且转速越高,切削力越小;工件表面粗糙度主要与磨棒磨粒出露高度的平整度有关,受加工参数的影响较小。用小直径磨棒磨削加工GT35材料时,应选择极压磨削油润滑,高主轴转速、中速进给的加工方式,以获得良好的刀具寿命、工件加工表面质量及适当的加工效率。     

基于环境模型优化的机器人磨抛阻抗控制

对比传统加工机床,机器人的刚度与定位精度较低,为提高机器人辅助磨削的加工质量,需要控制其加工过程中的接触压力。基于球形弹性磨具磨削时的接触特性,以磨具的下压量为自变量,磨具与工件的接触压力为因变量进行有限元仿真,对下压量-接触压力仿真结果进行曲线拟合,并通过接触实验验证其准确性,以此建立基于环境模型修正的阻抗力学控制模型,从而进行自由曲面力控实验。结果表明:建立的基于环境模型修正的阻抗控制方法能有效改善球形弹性磨具的力控性能,自由曲面力控精度达到±0.5 N,且可为球形弹性磨具复杂曲面的磨削加工提供稳定的磨削压力。      

Five-axis grinding of wear-resistant,thermally sprayed coatings on free-formed surfaces

The abrasive wear resistance of tribologically stressed free-formed surfaces can be increased with thermally sprayed tungsten carbide coatings. In order to improve the surface topographies and shape accuracies, the workpieces must be finished prior to industrial application. A suitable machining process is NC grinding on five-axis machining centres using abrasive mounted points. However, the high hardness of the applied coatings and the small diameter of the utilized tools pose a great challenge for the process design. In this paper both, the results of fundamental investigations on the grinding of tungsten carbide coatings as well as a process optimization for the finishing of a coated forming tool are presented. This includes the heat transfer into the coating and the tool wear during the grinding process as well as the wear behaviour of the coating in dependence of the generated surface topography. In order to achieve a smooth surface, elastic-bonded diamond tools were used during polishing in a multi-stage machining process.     

Tribological behavior of micro structured surfaces for micro forming tools

Mechanical micro machining processes, like milling and grinding are appropriate technologies for the flexible production of precise molds with complex shapes for metal forming processes. In most cases machining strategies are orientated towards form accuracy of the desired forming tool only. Thus, the generation of tribologically advantageous surfaces is often carried out in subsequent machining steps like honing. In micro scale the subsequent treatment of complex surfaces is very difficult. For that reason it is desirable to create the shape and a suitable surface texture with one tool in one step.This paper is focusing on the comparison of the tribological behavior of polished surfaces with structured surfaces machined by micro milling and micro grinding processes. Micro milling tools and grinding pins with ballend shape are used to create micro structured surfaces. The machining strategy (tool path and line pitch) was varied for both tool types in the same manner. The experiments were carried out on hardened cold working steel using tungsten carbide micro cutters with TiAlN coating and micro grinding pins with an abrasive diamond layer. White light interferometry was used to characterize the machined surfaces and determine the surface parameters. Moreover, a strip drawing test was set up to investigate the tribological behavior of the system consisting of the machined surfaces and thin sheet metals. The results of the strip drawing test suggest a relationship between micro structure and tribological behavior. Finally, the dependencies between machining technology, surface parameters and tribological behavior will be discussed.     

随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究

针对超精密磨削加工过程对工件材料去除效率、表面质量、亚表面损伤等指标的复合需求,提出一种基于泰勒多边形设计的随机网格结构固结磨料磨盘（textured-fixed abrasive plate, T-FAP）,并以光固化树脂作为结合剂基体材料混合微米级氧化铝磨料制备磨盘,使用MATLAB图像分析和磨抛轨迹仿真方法研究磨盘磨削过程中表面磨损时变图案特征对其加工性能的影响,并通过铝制工件的平面磨削实验对磨盘磨削过程中的材料去除率及工件表面粗糙度进行分析。实验结果表明：相比传统固结磨料磨盘,采用随机网格结构磨盘加工的工件表面粗糙度为0.84μm,材料去除率为3.21μm/min,能够在保证材料去除率的同时获得较高的表面精度。     

木质砂轮的开发

普通砂轮是通过结合剂将无数细小的磨粒粘结在一起的，由于磨粒很硬，磨粒之问的粘结层十分微薄，导致磨粒间的接触几乎是刚性接触，砂轮具有较高的刚度。这种高刚度的砂轮具有高的磨削能力和磨削效率，缺点是被磨工件表面易产生划痕，难以获得高的表面加工质量。为了克服普通砂轮如SiC砂轮存在的高刚性，本文尝试在SiC磨料中加入少量的木质微粉，使其在磨粒之间起半弹性作用，从而改善被加工表面质量。这种半弹性的木质砂轮，是利用木质粉末经干馏、筛选后作为磨料，在砂轮制备过程中混入。本文应用这种砂轮对花岗岩进行了大量的磨削试验及加工比对试验。试验结果表明，木质砂轮不仅具有较高的磨削能力和效率，而且能获得纳米级加工表面(Ralonm／Ry112nm)。     

小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。     

An active tool holding device

The machine tool industry has to overcome many challenges to produce efficient, high performance and precise machine tools. These requirements are directly from the customers, who want the ability to produce more cost-effective. In order to achieve this, the machine parameters such as the feed rate or the depth of cut of grinding machines are increased. These new parameters affect the dynamic behavior of the machine tool, and in some cases can result in extreme vibrations. These vibrations can generate chatter marks on the workpiece surface or limit the ability to obtain a stable process. This article deals with an active approach to reduce possible vibrations within machine tools. Here the tool holding device of a surface grinding machine has been extended to create an active tool holding device. The active design allows the manipulation of the dynamic behavior of a surface grinding machine, allowing the implementation of a better parameter set.     

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。      

工程陶瓷圆弧成形磨削力预测与实验研究

圆弧成形磨削是难加工零件复杂型面的加工方法,对其磨削力的研究有利于改善工程陶瓷的表面质量。基于圆弧砂轮的结构特点及尺寸趋近思想对陶瓷材料圆弧成形磨削力进行预测。通过研究磨粒对工程陶瓷的去除机制,提出建立单颗磨粒滑擦、塑性及脆性去除磨削力模型。基于砂轮磨粒尺寸与分布差异,利用概率统计方法对磨削中不同去除方式的有效磨粒数进行探讨,进而实现圆弧成形磨削力理论模型的构建。最后通过磨削力实验对理论模型进行验证。结果表明：法向磨削力和切向磨削力理论值与实验值平均误差分别为8.793%和9.986%;磨削力随着磨削深度及进给速度的增加而增加,随着砂轮速度的增加而减小。     

高效率磨粒加工技术发展及关键技术

高效率磨粒加工是先进制造方法的重要组成部分,集粗精加工与一身,达到可与车、铣和刨削等切削加工方法相媲美的金属磨除率,而且能实现对难磨材料的高性能加工。阐述了高速超高速磨削、快速点磨削、高效深切磨削、缓进给磨削、高速重负荷荒磨以及砂带磨削等高效率磨粒加工技术的国内外的发展及最新研究进展。研究了高效磨削砂轮、主轴及其轴承技术、高效率磨床、磨削液供给技术、砂轮、工件安装定位及安全防护技术以及磨削状态检测及数控技术等实现高效率磨粒加工的关键技术,分析了发展高效率磨粒加工的重要性。     

关联系统动静态特征端面磨削表面创成机理

目的 关联主轴系统动静态特征,研究端面磨削表面创成机理.方法 以粉末冶金不锈钢316L为研究对象,首先构建关联主轴系统动静态特征的有限元模型,分析主轴系统动静态特征对砂轮端面各位置位移大小的影响.然后基于端面砂轮表面磨粒的位置和尺寸信息,建立端面砂轮磨粒三维空间轨迹方程,推导相邻磨粒运动关系式,采用轮廓搜索法确定端面磨削表面的动静态创成过程.最后,结合端面磨削加工实验,分析端面磨削系统动态、静态特征对加工表面粗糙度与轮廓度的影响规律,阐释加工表面材料去除不均匀的本质,并提出创成表面质量的参数化修正方法.结果 靠近砂轮边缘的磨粒静态退让量大于靠近砂轮中心部分的磨粒静态退让量,但不同位置的磨粒动态振动量差异不大.静态退让量随切深的增加而增大,动态振动量随砂轮转速的增加而增大.结论 砂轮表面磨粒的静态退让性是造成加工表面轮廓度误差的重要因素,同时主轴系统动态振动特征会影响加工表面粗糙度.分析可得,砂轮转速在400 r/min左右,与之匹配无理数转速比的工件转速和较小的法向切深,可提高端面磨削表面质量表征.     

CBN磁性磨料磁力研磨TC4钛合金工艺参数优化

为提高磁力研磨TC4钛合金的研磨效果,采用了一种新型CBN磁性磨料,通过正交试验法对磁力研磨TC4钛合金试验中各工艺参数进行优化,并通过试验评价新型CBN磁性磨料的结合强度和研磨能力。结果表明:优化工艺参数为:进给速度1mm/min、主轴转速1500r/min、加工间隙1mm和磨料填充量2.5g。在采用CBN磁性磨料和最优工艺参数组合下,钛合金工件经过30min研磨表面粗糙度从0.330μm下降到0.098μm,表面质量明显提高。研磨60min后磁性磨料未出现磨料脱落和破碎现象,磨料结合十分牢固。     

细长轴车削与磨削参数优化研究

针对细长轴车削和磨削加工参数的选择问题,建立以工件刚度、刀片强度、刀杆刚度、机床进给机构强度、机床功率、机床参数、加工表面粗糙度、加工余量等作为约束条件,以切削速度、进给量、背吃刀量、工件转速、磨削余量、径向进给量等参数为优化变量,以车、磨多工序成本最低为目标的切削参数优化模型。以某型号电机轴为案例,运用MATLAB模式搜索工具箱对其车削和磨削参数进行寻优,与切削参数的传统选择方法比较表明,工序成本可降低35%以上,从而验证了优化模型的有效性。     

航发钛合金叶片金刚石砂带磨削的磨粒磨损研究

金刚石砂带精密磨削航空发动机钛合金叶片时,砂带磨损对加工精度及表面质量一致性影响很大。针对这一问题,利用ABAQUS软件开展单颗磨粒磨削过程仿真研究,进而进行航发钛合金叶片金刚石砂带磨削试验。仿真及试验结果表明:在磨削速度为10～20 m/s时,摩擦接触点的温度达700 K以上,且随磨削速度的增大而升高;砂带磨损程度随磨削速度的增大而升高,与磨削速度对摩擦接触点磨削温度的影响规律一致。M10/20金刚石砂带的磨损形式为磨粒损耗和磨粒脱落,磨屑的黏结加剧了砂带的磨损。      

电解磁力复合加工对磁性磨粒性能的影响

利用单纯的磁力研磨工艺加工镍基高温合金等材料时,磁性磨粒失效严重,严重影响了磁力研磨工艺的研磨效果。为了解决这一技术难题,将电化学与单纯的磁力研磨加工工艺结合,通过电解加工在工件表面形成质地较软的钝化膜,再利用磁力研磨对其表面进行加工。对复合加工后的磁性磨粒进行电镜成分分析,得知铝的相对质量分数仅从27.60%降至23.48%,有效地降低了磁性磨粒中研磨相成分的损失,延缓了磁性磨粒的失效时间,提高了磁性磨粒的利用率和使用寿命,从而保证了工件的加工质量。      

Tilt angle effects in surface grinding with mounted points

Modern 5-axis machining centers enable the development and use of new machining kinematics and grinding strategies to grind workpieces with superabrasives mounted points. One of these technologies is the oscillating surface grinding (OSG), which can improve the surface characteristics and the tribological properties of machined surfaces. In the current contribution could be observed that the resultant surface roughness values by OSG are not constant within a wavelength of oscillation of the grinding tool. This leads to further studies of the kinematics involved in this process, resulting in the development of a new grinding strategy: the tilt surface grinding (TSG). By using TSG, workpiece surfaces with similar characteristics as OSG could be obtained even without aid of oscillation. In this study, experimental tests are carried out to investigate the influence of parameters involved in these strategies. A significant parameter is the tilt angle α _t, which can be simplified as an angle between the directions of the feed rate in tangential direction v _ft and the feed rate in axial direction v _fa of the grinding tool. The tilt angle α _t is responsible for changes occurred on the OSG when compared to conventional surface grinding. Increasing the tilt angle α _t, a reduction up to 50 % of the roughness values could be achieved. This paper aims to complement and expand the knowledge of the OSG, explaining how the aid of the oscillation tool changes the grinding kinematic, in order to optimize the grinding process.     

螺旋桨金刚石砂带磨削试验研究

以船用螺旋桨为研究对象,提出一种利用电镀金刚石砂带磨削螺旋桨的方法,并试验分析影响螺旋桨表面粗糙度的各个工艺因素。通过单因素试验研究磨削压力、砂带线速度和磨削进给速度对表面粗糙度的影响,并得到工艺参数的最优水平组合:磨削压力15 N,砂带线速度30 m/s,磨削进给速度20 mm/s;锆刚玉砂带与金刚石砂带在相同工艺参数下对螺旋桨表面粗糙度的影响规律基本一致,但金刚石砂带具有更长的寿命,增幅为125%。      

电解研磨复合加工技术在孔后处理中的应用

电解研磨复合加工方法是把电解加工和研磨加工结合起来，利用中性电解液通以适当的电流，在磨料研磨和电解溶解共同作用下，对零件进行快速、高效的精密加工。把这一加工技术运用于孔后处理中，对该技术的工艺原理、表面粗糙度的影响因素、加工精度及金刚石磨头的使用寿命等方面进行了研究分析。试验结果表明，该技术能有效去除孔加工后的变质层（如再铸层等），降低表面粗糙度值，降低或消除残余应力，提高表面质量。     

超硬磨料砂轮自动化复合修整机床CAM系统开发

为了使复合修整方法中的多种工艺更系统地整合,提高成形砂轮的修整效率,结合自主研制的激光–机械复合修整装备,开发一套CAM系统,可根据不同砂轮截面形状,自动规划多工艺、多修整策略下的修整轨迹,计算平面三轴联动修整刀路,自动生成加工代码,同时设计可视化界面仿真加工过程。对青铜结合剂金刚石砂轮进行修整试验,结果表明：该系统可在保证机床不发生碰撞和过切的情况下,生成激光粗修、半精修及机械精修的加工程序,大幅提高复合修整方法的编程效率,修整后的砂轮轮廓误差在9.1μm以内,圆跳动误差为6.1μm。