超硬磨粒可控排布砂轮研究进展

在磨削加工过程中,砂轮上磨粒的分布、排布方式影响着磨粒与工件材料的相互作用形式、磨削痕迹分布次序及材料去除特性等,进而决定着磨削表面形貌、亚表面质量、磨削力等。相对于磨粒随机分布的砂轮,通过合理调整有序化砂轮表面上磨粒的位置和分布方式,有助于使砂轮表面磨粒受力均匀、容屑空间大小合理,从而减小加工过程中的磨削力,降低磨削温度,提高磨具的寿命及磨削性能。目前,相比磨粒簇和结构化等有序砂轮,磨粒有序化砂轮的研究是发展较早、相关理论较多、相对成熟的研究方向。综述了超硬磨粒可控排布砂轮制备的研究现状,探讨了磨粒定向排布、叶序排布与其他排布超硬磨粒可控排布砂轮的理论及应用现状,展望了超硬磨粒可控排布砂轮未来的研究方向。     

磨粒排布对加压内冷却砂轮磨削性能的影响

考虑磨粒排布方式对砂轮磨削效率和性能有重要影响,设计制备磨粒无序和有序排布的加压内冷却砂轮,利用砂轮表面形貌检测和图像识别技术,建立砂轮磨削GH4169高温合金的三维有限元模型。采用不同磨粒排布的砂轮开展磨削GH4169高温合金的实验研究,对比分析磨削力、磨削温度、加工表面粗糙度以及表面微观形貌,研究磨粒无序和有序两种排布方式对砂轮磨削性能的影响。结果表明:对于加压内冷却砂轮而言,相对磨粒无序排布,磨粒有序排布方式能获得更优良的加工表面质量,磨削力、磨削温度和表面粗糙度均降低,且工件表面形貌更加规则完整。     

磨粒叶序排布电镀砂轮磨削力的仿真研究

磨粒有序化排布电镀砂轮可以有效提高砂轮的磨削性能,获得良好的表面完整性。本文从生物学的叶序排布理论出发,提出一种磨粒叶序排布的电镀砂轮。利用有限元分析软件(DEFORM)对磨粒叶序排布电镀砂轮进行了磨削力的仿真研究,获得了不同的叶序参数及磨削用量对磨削区域磨削力的影响规律,并与普通无序排布砂轮进行对比。仿真结果表明:叶序排布砂轮磨削区域的磨削力明显小于无序排布砂轮。     

磨粒有序排布的电镀CBN砂轮磨削表面粗糙度仿真

传统砂轮磨削性能的滞后性已经远不能满足当前的需求,提高砂轮磨削性能显得异常迫切。因此,把生物学中叶序理论引入到CBN电镀砂轮磨粒有序化排布中来,以改善砂轮的磨削性能。研究不同的叶序参数对磨粒有序化排布的影响。为保证工件表面能够获得较低的表面粗糙度,对磨粒之间的干涉做了一定的探讨。通过模拟仿真发现:选取合理的叶序参数可使磨粒之间能够保持很好的干涉率,与磨粒交错排布砂轮相比能够得到较低的表面粗糙度。叶序排布作为一种特殊的有序化排布为砂轮磨削性能的提高提供了很好的理论依据。     

叶序排布外圆砂轮磨削TC4的磨削力实验研究

为了获得有序化排布超硬磨料砂轮的磨削性能,以及实现磨削难加工材料钛合金的可行性,基于生物学中的叶序排布理论设计一种新型的有序化排布超硬磨料砂轮,即叶序排布砂轮,并利用其和错位排布砂轮及无序排布砂轮对钛合金TC4进行磨削实验,分析了它们的磨削力随着进给速度和磨削深度的变化规律。实验结果表明:在相同的磨削实验条件下,磨粒叶序排布砂轮的磨削力小于错位排布砂轮和无序排布砂轮。     

磨粒有序化排布外圆砂轮磨削TC4的粗糙度实验研究

为了了解有序化砂轮磨削钛合金的表面质量,将叶序理论引入到CBN电镀砂轮磨粒的设计当中来,采用紫外线感光干膜作为掩膜感光层来实现在砂轮表面磨粒的排布,利用光刻技术和复合电镀工艺技术制造出磨粒有序排布外圆砂轮,并对钛合金TC4进行磨削实验研究,获得了不同的进给速度及磨削深度对磨粒叶序排布,错位排布,无序排布砂轮磨削表面粗糙度的影响规律.实验结果表明:在相同的磨削条件下,与其它排布砂轮相比,磨粒叶序排布砂轮磨削工件表面得到的粗糙度值最小。     

磨粒族有序化排布砂轮磨削TC4的磨削力的实验研究

为了获得不同有序化排布砂轮的磨削力的变化情况,基于生物学中的叶序排布理论,利用电解蚀刻技术和复合电镀工艺提出并制造出来一种新型的磨粒族有序化排布超硬磨料砂轮即磨粒族叶序排布砂轮,并利用其和磨粒族错位排布砂轮及磨粒族无序排布砂轮对钛合金TC4进行磨削实验,分析了它们的磨削力随着进给速度和磨削深度的变化规律。实验结果表明:在相同的磨削实验条件下,磨粒族叶序排布砂轮的磨削力小于磨粒族错位排布砂轮和磨粒族无序排布砂轮。     

磨粒族叶序排布砂轮的铣磨实验研究

为了实现砂轮表面磨料排布的有序化,本文将仿生学叶序理论与磨削机理相结合,利用光刻技术和复合电镀技术制备出了磨粒族叶序排布砂轮。铣磨实验结果表明:磨粒族叶序排布砂轮的磨削性能优于普通无序排布砂轮。     

磨粒有序化砂轮滚磨外圆筋条表面的研究

为了在外圆零件表面加工出用于表面减阻的结构化筋条,基于滚齿加工原理,提出利用磨粒有序化(工程化)砂轮滚磨外圆筋条表面的加工方法。根据筋条表面的特征,对外圆筋条表面进行设计;利用筋条表面的特征参数设计了磨粒有序化砂轮,并给出实现滚磨外圆筋条表面的条件;对滚磨过程进行仿真分析,获得了磨削相关参数对筋条表面形貌的影响规律。研究结果表明：磨粒有序化砂轮能够实现对外圆筋条表面的磨削,筋条表面的主要特征为深宽比,选用合适的磨削用量和排布参数可以满足减阻功能深宽比筋条表面的滚磨。     

磨粒有序化砂轮磨削规则表面的仿真研究

为了利用磨粒有序化砂轮对规则表面进行磨削,建立了砂轮磨削的运动轨迹模型,推导了磨削规则表面的约束条件,并应用MATLAB软件进行运动仿真,生成表面磨削后的三维形貌,得出了不同磨粒排布及磨削用量对砂轮磨削规则表面的影响规律。     

磨粒叶序化排布砂轮表面磨削液流场分析

为均化砂轮表面磨削液分布状态并获得最大的有效流量,根据叶序理论设计仿生结构的磨粒族砂轮。通过建立磨削区流场的运动方程和边界条件,利用流体力学软件(Fluent)仿真分析磨粒族叶序排布砂轮表面的磨削液流动状态,并与交错排布、矩阵排布及无序排布砂轮进行比较。结果表明:叶序排布砂轮磨削时磨削液在磨削区沿着叶列线沟槽均匀流动,有利于磨削热的传导和磨屑的及时排出;在相同的条件下,叶序排布磨粒族砂轮的磨削液有效流量更多,说明叶序排布砂轮较其他排布砂轮具有更好的冷却、润滑作用。     

电镀CBN砂轮磨削表面粗糙度研究

为改善电镀CBN砂轮的磨削性能,利用叶序理论对磨粒排布进行设计。探讨叶序参数对磨粒间距及排布的影响,并建立相关表面粗糙度数学模型,模拟仿真叶序参数对于表面粗糙度的影响趋势。仿真结果表明,采用合理的叶序排布参数能获得较其它排布方式较小的表面粗糙度值,这为砂轮表面磨粒的有序化排布设计提供了理论依据。     

磨粒有序化排布砂轮磨削液流场分析

为均化砂轮表面磨削液分布状态并获得最大的有效流量,根据叶序理论设计仿生结构的磨粒族砂轮。通过建立磨削区流场的运动方程和边界条件,利用流体力学软件(Fluent) 仿真分析磨粒族叶序排布砂轮表面的磨削液流动状态,并与交错排布、矩阵排布及无序排布砂轮进行比较。结果表明:叶序排布砂轮磨削时磨削液在磨削区沿着叶列线沟槽均匀流动,有利于磨削热的传导和磨屑的及时排出;在相同的条件下,叶序排布磨粒族砂轮的磨削液有效流量更多,说明叶序排布砂轮较其他排布砂轮具有更好的冷却、润滑作用。     

应用环形磁场控制的微粉砂轮制备及其磨削性能

在超精密磨削中,金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要,为了使微粉磨粒规则排布,提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法,制备了多种金刚石微粉砂轮,使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明:应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布,极大改善砂轮加工性能,利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。     

磨粒叶序排布砂轮磨削筋条表面力的表面效应

为了探索筋条表面磨削过程中,磨粒叶序有序化砂轮的磨削力对工件表面几何形貌的影响规律,首先,根据筋条减阻表面的特征参数,设计能够实现筋条减阻表面加工的磨粒叶序排布砂轮;其次,建立筋条减阻表面磨削过程的简化模型,对工件表面形貌进行力学仿真;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。结果表明,磨削速度增大时,工件表面材料的隆起变形高度随磨削力的减小而增大;磨削深度增大时,材料的隆起变形高度随磨削力的增大而减小;磨粒角度增大时,材料隆起变形高度随磨削力的增大,先增大后减小;而在叶序系数增大过程中,材料隆起变形高度随磨削力的增大而增大。     

磨粒簇叶序排布砂轮外圆磨削凹坑结构化减阻表面的仿真

机械零件表面结构化能够起到减阻耐磨的作用,磨削加工能够有效地加工出规则的结构化表面,基于此,依据生物学叶序排布原理设计了磨粒簇叶序排布砂轮并建立了数学模型。为探讨磨粒簇叶序排布砂轮磨削外圆结构化表面的形成机理,建立了磨粒的运动方程并讨论了实现结构化表面的磨削条件,利用MATLAB仿真了不同转速比γ和叶序参数h,以及磨削深度ap下工件结构化表面的形貌特征;仿真结果表明,转速比γ越大、叶序参数h越小工件周向凹坑数目就越多;磨削深度ap越大,凹坑的周向尺寸越大。     

加压内冷却方法在高温合金磨削中的应用

针对镍基高温合金在磨削加工中大量磨削热的冷却问题,提出采用加压内冷却与断续磨削结合的冷却方法,实现磨削过程中充分冷却磨削弧区高温的目的。设计制备磨粒有序排布的加压内冷却砂轮,采用Fluent有限元软件建立砂轮磨削GH4169高温合金的温度场模型,模拟分析砂轮转速和冷却液压力对砂轮散热性能的影响。开展加压内冷却砂轮磨削GH4169实验研究,分别对磨削温度、表面粗糙度以及表面微观形貌进行对比和分析。结果表明：在相同的磨削参数条件下,相对外冷却方式,内冷却方式能获得更优良的加工表面质量,磨削温度和表面粗糙度均明显降低;在其他磨削参数相同时,冷却液压力越大,磨削温度越低且表面粗糙度越小,表面形貌更加规则、完整。     

新型金刚石纤维磨削仿真研究

采用UG软件建立了单根金刚石纤维与铝合金工件的几何模型,采用Deform软件开展了单根金刚石纤维磨削加工铝合金工件的有限元仿真,仿真分析了铝合金工件在磨削过程中的等效应力分布与变形,以及在不同磨削深度下金刚石纤维的平均磨削力与磨削力比。开展了单根金刚石纤维磨削加工6061铝合金的试验,研究表明:铝合金工件在仿真磨削过程中的等效应力分布与变形可划分为磨粒切入、磨屑形成和磨粒切出三个阶段;单根金刚石纤维磨削仿真时磨削力比小,具有较为优良的磨削性能;磨削力的试验测量值比有限元仿真计算值要小,且存在一定的误差,但误差较小,在可接受的范围内,验证了仿真模型与结果的正确性;同时也进一步证明今后借助有限元仿真分析手段,研究有序化金刚石纤维砂轮磨削加工过程及磨削性能,进而优化有序化金刚石纤维砂轮表面金刚石纤维的排布,最后完成有序化金刚石纤维砂轮制备的可行性。     

新型特殊结构砂轮研究进展及其展望

新型特殊砂轮作为砂轮磨削领域的一名新成员,其结构的改变使其与传统砂轮相比具有容屑空间大、磨削温度低、磨削效率高等优点。目前已经成功的运用到精密加工的一些方面,并且展现了其良好的使用性能。文章主要介绍了磨粒有序排布砂轮、打盲孔砂轮、开槽砂轮的研究进展,分析了新型特殊砂轮对磨削性能的影响,并对其以后的发展做出了展望。     

新型砂轮研究进展及其展望

磨削加工技术是制造技术中的重要领域,是实现精密加工、超精密加工中最有效、应用最广的工艺技术。砂轮是磨削加工技术中使用最为广泛的加工工具,但传统砂轮存在磨粒容易脱落、磨削比能高、法向力与切向力之比大、需要定期修锐、加工塑性金属材料时容易堵塞等问题。探讨了砂轮的最新研究进展和研究成果,分析了单层钎焊砂轮、纤维砂轮、开槽砂轮、柔性砂轮、多孔砂轮以及磨粒有序化砂轮等新型砂轮的结构特点和不足,并对砂轮的研究发展进行了展望。