纵-扭超声磨削陶瓷表面粗糙度拟合与预测模型

为探究纵-扭超声振动对陶瓷磨削表面几何形貌的影响,以ZrO2陶瓷为研究对象,通过正交对比试验,以磨削表面粗糙度值为评价指标,采用多元线性回归分析法,建立普通磨削（OG）及纵-扭超声磨削（L-TUG）材料表面粗糙度拟合模型,研究工艺参数对表面粗糙度作用的主次顺序及影响程度;同时利用BP神经网络预测模型进行L-TUG表面粗糙度的优化求解。结果表明：在L-TUG中,主轴转速对粗糙度值影响最大,超声能量影响最小;在OG中,磨削深度对粗糙度值影响最大,主轴转速影响最小。BP神经网络模型预测误差在1.070%~9.396%内,且最优磨削参数组合获得的表面质量最好,可实现对L-TUG表面粗糙度值较高精度的智能预测。     

纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤及其试验研究

目的 探究纵扭超声辅助磨削工艺参数对氮化硅陶瓷亚表面损伤的影响规律。方法 首先,建立纵扭超声振动下单颗磨粒的切削轨迹及其切削弧长模型,分析纵扭超声辅助磨削独特的加工机理。其次,考虑砂轮表面磨粒的随机分布特性,并基于硬脆材料脆塑转变特性及其临界转角界定,给出纵扭超声辅助磨削单颗磨粒未变形切屑厚度的概率学模型,进而建立纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的平均法向磨削力模型。最后,建立纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤深度模型,并进行试验验证。结果 纵扭超声振动的引入增大了纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的切削弧长,减小了单颗磨粒平均未变形切屑厚度,降低了单颗磨粒的法向磨削力,最终降低了氮化硅陶瓷亚表面损伤的深度,获得了较好的氮化硅陶瓷表面加工质量。氮化硅亚表面损伤深度随着超声振幅的增大而降低,当超声振幅为6μm时,亚表面损伤深度为5.65μm,相较于普通磨削亚表面损伤深度降低了33.6%。理论模型预测结果与试验结果趋势一致,预测结果与试验结果的最大误差为13.38%,平均误差为8.34%,因此该模型能够为氮化硅实际加工中亚表面损伤深度的预测提供一定参考。结论 纵扭超声辅助磨削能够有效降低氮化硅陶瓷...     

TC4钛合金纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

目的 探究纵扭超声磨削工艺参数对TC4钛合金加工表面残余应力状态的影响规律,提高TC4钛合金的抗疲劳性能.方法 通过纵扭超声磨削力模型,对磨削过程中的机械应力和热应力展开理论分析,并进一步建立纵扭超声磨削表面残余应力模型,通过MATLAB仿真获取磨削加工残余应力分布状况.基于力-热耦合作用,建立纵扭超声单颗磨粒磨削有限元模型,分析磨削参数对残余应力的影响规律,并通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验,对模型的合理性进行验证.结果 TC4钛合金超声磨削加工表面残余应力为残余压应力,且该应力沿工件深度方向的分布曲线与"对号"相似.工件表面残余压应力起初随磨削深度增加逐渐增大,当磨削深度增加到8μm时,残余压应力达到最大值,为-488 MPa,之后随磨削深度的增加,呈现减小趋势.随磨削线速度的增大,残余压应力整体呈现减小趋势,随纵扭超声振幅的增大,整体呈现增大趋势.加工表面残余应力仿真与试验结果的平均误差为9.8％,且变化趋势具有一致性.结论 纵扭超声辅助磨削加工可有效消除加工表面的残余拉应力,并获得较为理想的残余压应力,进而显著提高TC4钛合金的抗疲劳性能.     

超声振动磨削工程陶瓷的磨削力试验研究

为了研究纵扭复合振动超声加工过程中重要加工参数对磨削力动态变化的影响规律,以超声振动磨削过程中产生的磨削力大小为研究对象,采用纵扭复合振动超声磨削加工工艺方法,搭建测力系统试验平台,研究不同加工参数下磨削工程氧化锆陶瓷材料产生的磨削力变化规律,试验结果发现:外加超声振动在一定程度上能强化磨削能力,减小磨削力,取较大进给速度和磨削深度会增大磨削力,使得磨削力波动明显,而主轴转速增大则会显著减小磨削力的产生。     

GCr15轴套纵扭超声磨削表面形貌预测及试验研究

目的 构建纵扭超声磨削(LTUG)表面形貌预测模型,分析工艺条件和参数对表面粗糙度Ra值的影响,揭示GCr15轴套LTUG内圆表面形成机理。方法 基于弹性变形对LTUG单颗磨粒运动轨迹的影响,根据切削厚度概率密度函数和相邻磨粒轨迹重叠效应,建立了多磨粒超声振动作用下的最大未变形切削厚度模型,利用表面残余材料高度公式建立了GCr15轴套内圆磨削形貌预测模型,以LTUG和普通磨削(OG)方式对GCr15轴套内圆进行试验,采用正交试验验证表面形貌模型的准确性,观察并分析LTUG和OG作用后的GCr15轴套内圆表面形貌,最后利用所建立的表面形貌模型,研究磨削参数和超声振幅对表面Ra值的影响。结果 结果表明,基于所建立的表面形貌模型计算而得的表面Ra值与试验结果间的误差在13.2%以内,与OG相比,LTUG作用下的表面沟槽磨痕更均匀;LTUG作用下的表面轮廓呈现规律的周期性波动,且随振幅的增大,表面轮廓顶峰之间的间距逐渐增大;LTUG作用下的表面Ra值均低于OG,表面Ra值的降低幅度最大达到20%,随振动幅值的增大,表面Ra值逐渐减小,当振幅增大到一定程度时,表面Ra值呈现增大趋势。结论 建立的LTUG形貌预测模型具有良好的准确性,在合适的工艺参数下,LTUG可明显降低表面Ra值,与OG相比,在相同时间内,LTUG作用下的磨粒运动轨迹长度更长,且LTUG区域的弹性变形对磨粒运动轨迹和最大未变形切削厚度均有不同程度的影响。     

Nd-Fe-B烧结永磁材料超声辅助磨削试验研究

对Nd-Fe-B烧结永磁材料普通磨削和径向超声振动辅助磨削的工艺进行了对比试验,系统分析了在两种工艺条件下磨削用量对法向磨削力的影响;深入研究了超声振动和磨粒切削的复合过程,指出超声振动形成的断续磨削机制是降低法向磨削力的主要原因.径向超声振动的辅加改善了磨削加工效果,在一定程度上避免了脆崩现象,保证了Nd-Fe-B烧结永磁材料加工表面的完整性.     

高速平磨氧化锆陶瓷磨削力模型的研究

根据磨粒突出高度符合瑞利分布的假设,建立关于单颗磨粒的最大未变形切削深度模型。考虑变摩擦及机床主轴振动的影响,以单颗磨粒为研究对象,把磨削力分为磨削变形力和摩擦力,引入主轴振动修正系数,结合单位面积内的磨粒数目,建立了单位宽度上磨削的总法向力和总切向力的磨削力理论模型。结果证明：切向、法向磨削力理论值与试验值平均相对误差分别为7.97%、8.19%,误差最大值不超过15%,模型存在较高的准确性。     

金刚石砂轮轴向进给磨削硬质合金时的磨削力实验研究

为研究金刚石砂轮轴向进给磨削硬质合金时的磨削力,建立轴向力与法向力、切向力的转化模型;测量不同工艺参数下的磨削力变化;分析工艺参数对法向力、切向力、轴向力的影响规律并建立磨削力的经验公式。结果表明:在轴向进给磨削过程中,最大的磨削力是法向力,而轴向力略小于切向力。砂轮线速度对3个方向的磨削力的影响大致相同。磨削深度对法向、切向及轴向3个方向的磨削力的影响明显不同。进给速度对3个方向磨削力的影响不显著。      

超声磨削氧化锆陶瓷表面相变与残余应力特征实验研究

针对氧化锆陶瓷的易相变特点,通过对ZTA陶瓷和纳米氧化锆陶瓷进行对比实验,研究了氧化锆陶瓷磨削表面相变特性,分析了磨削表面的残余应力特征.实验结果表明,亚稳态四方相氧化锆的含量以及磨削应力是诱发氧化锆陶瓷产生马氏体相变的主要因素;陶瓷磨削过程中,砂轮的磨削深度越大、磨粒粒径越大,在材料基体中产生的磨削应力越大,从而马氏体相变率增大;纳米氧化锆陶瓷磨削表面产生的残余压应力值大于ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷.通过分析磨削参数对残余应力的影响,验证了马氏体相变可在一定程度上促进残余压应力的产生,从而提高磨削表面的质量.     

超声振动磨削纳米氧化锆陶瓷材料的磨削力及表面残余应力的研究

纳米陶瓷由于其相对于工程陶瓷优越的力学性能及物理特性,在各行业都有广泛的应用前景。采用超声复式加工方法,针对不同的磨削参数对纳米ZrO2陶瓷进行了普通和超声磨削实验,研究了磨削参数对磨削力的影响,并通过X射线衍射分析了在普通和超声磨削状态下对工件表面残余应力及纳米ZrO2陶瓷各晶相的影响。研究结果表明:利用超声振动磨削能有效减少磨削力,不同的磨削方式对纳米ZrO2陶瓷表面残余应力影响较大,采用普通磨削工件表面残余应力为拉应力,当超声振动方向平行于砂轮速度方向时,工件表面残余应力为压应力,振动方向垂直于砂轮速度方向时工件表面残余应力绝对值较小。     

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。     

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。     

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。      

蠕动进给超声磨削ZrO_2陶瓷实验研究

建立了超声磨削在小直径磨轮、大切深、蠕动进给条件下单颗磨粒最大切深模型; 对ZrO2陶瓷进行蠕动进给机械磨削和蠕动进给超声磨削对比试验, 考察了磨削参数对磨削力的影响.实验结果表明: 超声振动可减小磨削力.     

基于LS-DYNA的碗形砂轮端面磨削加工的三维仿真研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对碗形砂轮端面磨削加工过程进行研究。建立了单颗磨粒磨削有限元模型和材料本构模型,仿真分析得到等效应力、等效应变的变化规律,以及砂轮线速度对磨削应力、磨削力强度的影响规律。为端面磨削加工机理的研究和磨削工艺参数优化,提供了高效的方法和理论依据。     

金刚石砂轮磨削钛合金时的磨削力研究

为解决金刚石砂轮磨削钛合金时材料弹性模量低、弹性形变大等问题,从理论上对砂轮的受力状态进行分析。基于切屑分离准则和材料摩擦属性,构建钛合金磨削时的受力模型,并对单颗磨粒的受力状态进行有限元仿真。设计钛合金磨削加工试验,研究工艺参数变化对砂轮磨削力的影响规律。结果表明：砂轮磨削速度增加,磨削力逐渐降低;当进给速度和磨削深度增加时,磨削力增加。当磨削工艺参数改变时,砂轮的切向和法向磨削力的变化趋势大致相同,切向和法向磨削力的比值为0.29～0.37。且磨削力的理论值和试验值的变化趋势基本一致,二者相对误差的平均值在5%以内,验证了磨削力理论模型的正确性。     

轴承内圆轴向超声高速磨削理论建模与试验研究

目的 以GCr15材料的6309型轴承内圆为研究对象,探究高转速超声磨削过程中超声辅助振动对磨粒运动轨迹、磨削后表面粗糙度、圆度以及微观形貌的影响规律。方法 基于超声内圆磨削磨粒切削轨迹及超声振幅与砂轮转速对轨迹影响的理论仿真,构建磨削去除量与磨削表面粗糙度的理论模型,通过对轴承内圆进行超声磨削试验,研究高转速（16 000～22 000 r/min）下各工艺参数对内圆表面质量的影响并验证理论粗糙度评价模型。结果 超声振幅的增大使磨粒与内圆接触轨迹变长,但随砂轮转速的提高,磨粒切削轨迹的密集程度也有所下降。振幅和砂轮转速的增大可使切削去除量增大、粗糙度降低,铬刚玉粒度100#陶瓷结合剂砂轮磨削GCr15轴承内圆后,其表面质量更有优势,单因素下表面质量变化趋势与理论分析结果相一致。结论 在相同磨削参数下,1.5μm振幅超声磨削可使内圆圆度降至0.92μm,粗糙度降至130.5 nm,与传统磨削相比,粗糙度最高减小了41.5%,圆度最高减小了52.6%。在高转速下,各因素按砂轮对磨削后表面质量的影响由大到小的顺序依次为砂轮转速、超声振幅、进给速度,当磨粒线速度超过41.8 m/s、进给速度...     

砂轮表面磨粒出露高度对轴承钢磨削振动的影响

为探究砂轮表面磨粒形态对磨削振动的影响规律,提高磨削加工质量,构建了磨削振动模型并推导磨粒形态-接触刚性-磨削振动的对应关系,开展修整-磨削试验,通过试验分析并验证不同磨粒形态对磨削振动信号RMS和工件表面波纹特征W_a影响的差异。结果表明:在不影响砂轮锋利性的前提下,表征磨粒出露高度的砂轮AH值减小约58%,则RMS值和W_a值分别减小约47%和57%;在相同磨粒出露高度条件下,磨粒钝化的比例约20%,则RMS和W_a分别减小约22%和30%;同时,适度减小磨粒出露高度,磨粒适度钝化,有助于增大磨粒与工件接触面积,改善磨削振动,提高磨削加工质量。且提出的磨削振动模型与试验结果相符。      

磨头磨削镍基高温合金仿真

镍基高温合金磨削过程中磨削力是影响表面质量的重要参量。为构建磨削力有限元仿真预测模型,基于电镀磨头实际表面形貌,通过调用分布函数的方法,建立磨粒高度随机且整体服从二维高斯分布磨头整体模型,进行磨削过程有限元仿真与磨削力试验验证。结果表明：磨头整体模型具有真实磨头的随机特性,优势在于充分考虑多磨粒相互作用的磨削特性;磨削仿真过程中可观察到划擦、耕犁、切屑成形3个典型阶段,高度还原实际磨削过程;磨削力试验与仿真的单位宽度切向与法向磨削力在不同参数下变化趋势相同,平均误差分别为8.2%和8.6%。仿真模型对镍基高温合金磨削力有很好的预测效果。     

纳米结构WC/12Co涂层精密磨削的磨削力研究

本文对金刚石砂轮平面磨削纳米结构WC／12Co涂层材料时得到的磨削力进行了试验研究，研究了涂层材料的磨削力与磨削工艺参数以及砂轮特性之间的关系。通过各项试验研究得出，用金刚石砂轮磨削纳米结构WC／12Co涂层时，磨削力与当量磨削厚度基本成一元线性关系，它随磨削深度、工件速度的增加而增加：当磨粒尺寸减小时。总磨削力增加，但单颗磨粒磨削力减小。材料以非弹性变形的材料去除方式为主。通过试验采集的数据，使用当量磨削厚度作为磨削基本参数建立了法向磨削力理论模型。