面向工程陶瓷的单颗金刚石磨粒划擦磨损规律

为了研究工程陶瓷平面磨削中金刚石砂轮的磨粒磨损规律,制备圆锥形单颗粒金刚石磨具模拟实际磨粒切削刃。以金刚石磨粒的尖端圆弧半径表征磨粒切削刃锋利程度与磨削能力,并用圆弧半径的磨损规律等效描述切削刃磨损特性。采用基于扫描电镜与数据拟合的技术测量单颗磨粒金刚石尖端圆弧半径。运用单因素试验及正交试验分析了金刚石颗粒尖端形状、材料种类与加工参数对磨粒磨损规律的影响。实验结果表明,当顶锥角2θ为120°、磨削深度ap0.01 mm时,金刚石磨粒具有较高划擦寿命。各因素的影响主次顺序为:顶锥角>磨削深度>工作台速度。本研究为金刚石砂轮磨粒规格和磨削用量的选取提供了重要参考。     

基于热力耦合的单磨粒临界磨削仿真分析

目的通过仿真研究磨削中单磨粒几何特征对切屑根部材料分离的影响,得到脆-塑转变的临界磨削参数值。方法针对Ti6Al4V合金,通过对单磨粒划擦的分析,建立热-力耦合平面仿真模型,研究切屑根部有效流动应力随单磨粒刃圆半径和磨削深度的变化情况。结果在磨粒刃口处,刃圆半径r=0.1μm时,磨削深度h≈0.02μm,出现脆-塑转变的临界现象;在h0.3μm时,可能会实现材料的塑性去除,磨削热效应对其有促进作用。刃圆半径r=1μm时,磨削深度h为0.2~3μm,有效流动应力的最小值为948.479 MPa,此时在磨粒刃口处几乎没有材料塑性流动的现象,磨削热效应不明显。刃圆半径r=10μm时,磨削深度h为2~30μm,有效流动应力的最小值为716.351 MPa,最大值为763.59 MPa,磨粒刃口处切屑以塑性流动方式产生,磨削热对其有一定的促进作用。结论仿真得出使切屑根部材料实现塑性流动的单磨粒刃圆半径、磨削深度阈值范围和脆-塑转变的临界值,同时得到磨削热效应对切屑形成的作用效果。取刃圆半径为0.1μm或者10μm左右的磨粒,适当增大磨削深度,可实现切屑根部材料的塑性流动,降低对磨粒的冲击作用,并提高磨削效率。     

基于弹性变形的超声磨削氧化锆陶瓷的粗糙度模型

针对磨粒突出高度随机分布的特点,结合砂轮型号,建立了磨粒突出高度的正态分布图。通过切削厚度概率密度函数建立了普通磨削和超声磨削的理论切削厚度公式,采用基于弹性变形的接触弧长,结合氧化锆陶瓷的材料特性,计算出基于弹性变形的最大未变形切削厚度。根据磨粒突出高度分布和表面粗糙度的算术平均偏差定义,建立了普通磨削和超声磨削的粗糙度模型。理论研究和实验结果均表明:使用超声磨削改善了工件的表面粗糙度。而该模型可以根据给定材料的性能有效测出其表面粗糙度。由于设计的磨粒形状单一,理论值比实际值小约20%。     

单磨粒对硬脆性材料延性去除的建模分析

目的：硬脆性材料在珩磨时的脆性去除会使得被加工件的表面质量达不到更高的应用要求,同时对磨具磨损严重,通过理论建模研究珩磨过程中单磨粒磨削参数与切屑第一变形区流动应力的关系,并得到实现延性去除的各参数阈值。方法针对304不锈钢,通过对单磨粒划擦的分析,数学推导得出在平面情况下切屑第一变形区流动应力与单磨粒刃圆半径、磨削深度以及半圆锥角的函数关系。结果在完全刃圆磨削和复合磨削阶段都会有实现材料延性去除的现象被发现,并得到完全刃圆磨削时,取刃圆半径r=1μm,在磨削深度h=0.07μm,流动应力取得极大值σ=227.7 MPa。复合磨削时,取半圆锥角θ=30°,r<1.5μm时,r的延性去除阈值为0.3~1μm。当取h=0.6μm,θ和r同样存在实现材料延性去除的阈值,分别为45°~75°和0.5μm左右。结论单磨粒刃圆半径、磨削深度和半圆锥角使材料实现延性去除的阈值范围在理论上被确定,为硬脆性材料的延性去除理论的进一步研究提供参考。同时适当减小磨粒刃圆半径,取45°~75°范围内的磨粒半圆锥角,使磨削深度增大,并实现材料的延性去除,可以提高材料的表面质量和磨削效率。     

单颗磨粒磨削钛合金TC4成屑过程仿真研究

采用有限元模拟技术对钛合金TC4材料的单颗磨粒磨屑形成过程进行了仿真研究.研究表明:钛合金TC4在单颗磨粒磨削过程中发生绝热剪切,形成锯齿状磨屑;磨削过程中单颗磨粒磨削力成周期变化;磨粒负前角增大,锯齿化程度加深;磨削速度提高,磨屑剪切带宽度减小;仿真分析得到的磨屑形态与实验结果相一致.     

基于Matlab磨料轨迹仿真的磨盘地貌优化设计

为设计节块式磨盘地貌、提高金刚石磨盘的磨削加工质量,从研究磨削轨迹特征入手,利用Matlab软件对节块式磨盘磨料的运动轨迹进行仿真。以磨料磨削轨迹密度为评价依据,通过仿真正交试验优化了电机转速、工件进给速度、磨盘节块数量等参数,然后对排布角度进行单因素优化仿真试验,并通过20钢磨削实验对仿真结果进行验证。结果表明:增加电机转速和节块数量,减小工件进给速度,适当增加排布角度能提高磨削轨迹密度;电机最佳转速为11 000r/min,工件最佳进给速度为10mm/s,节块最佳数量为18块,在上述参数条件下获得的排布角度最佳值为40°。     

无心弯管胎模设计

介绍了在使用无心弯管模弯曲管子的过程中存在的缺陷和采取的措施。通过采用增加弯管模具的夹紧块和镶块对毛坯的刚性约束来消除管内壁起褶的缺陷，采用固定数值法来解决管弯曲卸载后的弹性回跳的缺陷。介绍了在弯管模具设计中，前、后导向轮参数的选取方法以及根据管子的弯曲半径和弯管直径来分情况讨论其弧槽曲线的确定方法，避免在弯曲过程中弯管发生畸变，为设计弯管模具提供理论依据。     

工件旋转磨削磨粒切深解析模型分析

硬脆材料超精密磨削时的表面/亚表面损伤很大程度上由磨粒切削深度决定。为更好地仿真预测磨粒的切削深度,基于现有模型和实验结果之间的差异,分析预测切深偏小的问题。结合磨粒数偏差分析和单磨粒划擦实验结果,修正现有模型;修正后的有效磨粒数和表面粗糙度,虽然更贴近,但仍不能吻合实验结果。提出其他可能影响仿真结果的因素,如磨粒刃圆半径、最小切屑厚度等,为进一步完善仿真过程提供参考,以助于磨削工艺的开发和优化。      

W-Mo-Cr合金对金刚石砂轮磨块的摩擦化学修整

为解决粗磨粒金刚石砂轮磨块的修整问题,使用W-Mo-Cr合金材料作为修整工具对磨粒粒度尺寸为297~420μm的金刚石砂轮磨块进行修整,修整前后分别测量砂轮表面磨粒的等高性和磨粒的微观形貌,并且分别用修整前后的砂轮磨块进行WC硬质合金的磨削试验。结果表明:W-Mo-Cr合金材料对金刚石砂轮修整效率高,修整后砂轮表面磨粒的等高性提升了60%左右。利用修整后的金刚石砂轮磨削WC硬质合金,工件表面质量得到很大的改善,表面粗糙度达到R_a0.149μm。      

弯管磁粒研磨的差异化加工工艺试验研究

根据弯管冲蚀破坏处的特点,提出一种新的差异化加工工艺。利用机械手的灵活性,在弯管加工过程中改变弯管内外侧的加工间隙,实现弯管内壁的差异化研磨,提高其表面质量。结果表明:在加工时间为75 min,弯管内外侧加工间隙均为2.0 mm时,弯管外弧的内表面粗糙度从0.70 μm下降到0.34 μm,弯管内弧的内表面粗糙度从0.82 μm下降到0.32 μm;在差异化研磨时,弯管外侧加工间隙为1.5 mm,内侧加工间隙保持为2.0 mm不变,弯管外弧的内表面粗糙度从0.70 μm下降到0.26 μm,弯管内弧的内表面粗糙度从0.82 μm下降到0.29 μm。差异化研磨可有效提高弯管的内表面质量。      

在役油罐内壁除锈喷嘴外流场数值模拟

针对在役单层油罐改造成双层罐的除锈问题,选用磨料水射流喷嘴为研究对象,使用计算流体力学方法,进行了混合磨料水射流对油罐内壁除锈效果的数值模拟。以射流打击靶面的最大剪切力和冲蚀磨损率作为评价指标,研究结果表明:前混合磨料水射流达到相同的除锈效果相较于后混合磨料水射流所需的射流压力更低,射流入射压力为20 MPa时,除锈效果较理想且具有较好的经济性;剪切力在靶面上存在一个核心作用区,最大剪切力位置不在靶面中心处;冲蚀磨损率随磨料的体积浓度、磨料粒径、磨料密度的增大而增大,而最大壁面剪切力不随其增大而变化。     

陶瓷-金属结合剂CBN结块的研制及其性能研究

目前钢轨打磨使用的主要是树脂砂轮,具有材料去除率低、磨削温度高等问题。因此,利用钎焊超硬磨料技术研制新型陶瓷-金属结合剂CBN磨具,并对比陶瓷-金属CBN结块和树脂锆刚玉结块在相同条件下的磨削性能,如材料去除率、磨屑分布和磨削温度等。试验结果表明:相比于树脂锆刚玉结块,陶瓷-金属结合剂CBN结块的材料去除率可提高124%,磨削温度峰值可降低15～50 ℃。      

磁极开槽对磁粒研磨加工镍钛合金血管支架管材内壁表面质量的影响

目的 提高镍钛合金血管支架管材内壁的表面质量及磁粒研磨加工效率,研究开槽与不开槽磁极对磁粒研磨加工镍钛合金血管支架管材内壁表面质量的影响.方法 建立了有限元仿真模型,分别模拟了开槽磁极与不开槽磁极的磁感应强度分布情况.结合仿真结果,使用搭建的镍钛合金血管支架管材内壁磁粒研磨加工设备,分别采用开槽磁极和不开槽磁极进行镍钛...     

磨粒流抛光阀块内孔道的数值模拟与试验研究

针对液压阀块孔道内部结构复杂难以进行精密加工的问题,提出利用磨粒流精密抛光技术来实现加工工艺。使用流体仿真软件Fluent进行数值模拟,研究进口压力、磨料浓度、磨粒粒度等对磨粒流加工效果的影响。以液压阀块内的孔道为研究对象,对不同的进口压力、磨料浓度、磨粒粒度下内孔道磨粒流的速度、湍流动能、静压、壁面剪切力进行仿真,得出结论：当入口压力为8 MPa、磨料浓度为0.1、磨粒粒度为200目时,阀块内孔道的抛光效果较好。以该参数进行相应的磨粒流加工实验,结果表明：阀块孔道内壁面的表面粗糙度明显降低,提高了孔道内壁面的表面质量。     

强化研磨中喷头的改进及优化设计

在强化研磨过程中,为了能对轴承内沟道进行喷射处理,将喷头出口处设计为弯型,同时为使研磨料经过弯型喷头时能量损失最小,需设计合理的弯道半径及弯管角度。运用Pro/E建立15种不同弯道半径及弯管角度情况下的CAD模型,然后导入ANSYS数值模拟分析相同初始条件下各个喷头PROE模型的内部流场压力云图。结果表明:最优值即弯角θ=20°,弯管的曲率半径R=30 mm时能量损失最小。     

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。     

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...