磨削工艺参数对硬质合金刀具磨制损伤的影响

硬质合金刀具被广泛应用于航空航天、汽车、冶金等高端制造领域。硬质合金刀具的生产通常采用金刚石砂轮磨削加工,因此,砂轮的磨削工艺参数对刀具的成品质量有重要影响。本试验通过改变砂轮的线速度及进给速度加工硬质合金麻花钻,加工完成后,采用超景深显微镜、白光干涉仪和扫描电镜对钻头的磨削表面以及亚表面进行检测,分析砂轮进给速度及线速度对加工损伤的影响。结果表明：砂轮进给速度和线速度越大,锯齿量越大;当线速度与进给速度较小时,钻头的主切削刃易出现微崩刃现象;砂轮进给速度越大,钻头后刀面表面粗糙度越大;砂轮线速度越大,钻头后刀面表面粗糙度越小;钻头后刀面处的亚表面最大损伤深度随线速度的增大而减小;当线速度30m/s、进给速度160mm/min时,钻头的磨削损伤最小。     

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。     

磨削工艺对刀具刃口质量及寿命的影响

采用不同粒度的砂轮和不同的磨削加工余量对硬质合金刀具进行磨削加工,得到不同情况的刃口形貌,使用显微镜观察不同刃口形貌的崩缺情况。试验结果表明,磨削加工硬质合金刀具时,合理的选用砂轮粒度和磨削余量,能够有效地减小和控制刀具刃口的崩缺情况,提高刀具寿命。     

螺旋刃刀具前刀面数控磨削工艺及刀位计算

通过螺旋刃刀具前刀面数控磨削工艺方案讨论,指出了改善磨削性能和提高磨削效率措施。分析了砂轮与刀具前刀面之间的相对位置关系,给出了数学模型,提出了数控磨削螺旋刃刀具刀位轨迹生成的实用方法。     

硬质合金刀具的电解磨削

过去刃磨硬质合金刀具一直采用普通机械磨削,常常产生裂纹、崩刃,粗糙度也达不到要求。硬质合金刀具的磨削成为生产中的关键。我们改制一台简易电解磨床,经十余年实践,成功地用于生产,解决了生产中的关键问题。     

磨削参数对超细硬质合金磨削表面粗糙度的影响

在使用金刚石砂轮的平面磨床上对超细硬质合金进行了磨削试验研究。通过扫描电子显微镜观察磨削表面形貌和用表面粗糙度测定仪测量磨削表面粗糙度,分析了磨削参数对超细硬质合金磨削表面粗糙度的影响。研究结果表明,同一切深下,超细硬质合金磨削表面粗糙度随砂轮粒度的增大而增大。采用相同粒度砂轮磨削,切深较小时,超细硬质合金磨削表面粗糙度随切深的增加而增大,当切深增大到一定值后,磨削表面粗糙度值逐渐降低。     

内冷却平面磨削实验研究

建立内冷却平面磨削实验系统,研究内冷却磨削的磨削能力.实验表明:采用内冷却磨削可以显著降低磨削区温度,避免磨削烧伤,并且随着切削液流量的增大,砂轮振动会加剧,被加工表面的粗糙度增大,但是在砂轮主轴刚性运动的范围内,振动对表面粗糙度的影响不明显;内冷却磨削的切削液流量更小,大大提高了切削液的利用率.因此,在加工精度要求高、且对磨削烧伤比较敏感的工件时,内冷却磨削是避免磨削烧伤的一种实用、有效的加工方法.     

不同金属夹杂物对曲轴钢加工过程中刀具磨损及表面完整性的影响

研究了六种含有不同夹杂物曲轴钢的车削性能,开展了车削刀具磨损试验,并在线采集切削力,刀具后刀面磨损VB值和工件表面粗糙度每20min记录一次。通过扫描电镜和能谱仪对刀具磨损机理进行研究,同时用光学显微镜测量表面完整性。刀具磨损初期以磨粒磨损和涂层剥落为主;刀具进入稳定磨损阶段,出现崩刃和积屑瘤,崩刃引起的破损是刀具磨损加剧进而失效的主要原因。以氧化铝形式存在的铝夹杂物在车削中加剧了破损,使刀具寿命和表面完整性恶化。选用锰夹杂物作为固体润滑剂,延长了刀具寿命,提高了曲轴钢的切削性能。在曲轴钢的车削过程中,表面完整性与刀具磨损密切相关,刀具磨损越小,表面粗糙度越低,加工质量越好。     

加压内冷却砂轮的研制及磨削性能研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明：在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。     

砂轮新模型对平面磨削表面粗糙度产生机理

探讨了在研究磨削表面粗糙度的过程中,能否在传统的以磨粒切削刃为研究对象的研究方法之外,建立一种新的研究途径的可能性.提出了平面磨削加工中,从宏观角度研究表面粗糙度影响因素的磨削模型,认为砂轮可以等效成若干个宽度为f的连续的小砂轮组成的砂轮组.提出在一定的磨削条件下,存在磨削参数对表面粗糙度影响的临界值.指出材料弹性模量在磨削加工中对表面粗糙度具有非常重要的影响.同时结合传统理论,进行了一系列的试验验证,得到了很好的吻合.认为在目前加工参数范围内,对Ra影响显著的因素是砂轮线速度、轴向进给量和砂轮的磨损.     

开槽砂轮磨削硅棒时的有限元模拟及磨削实验

端面砂轮磨削硅棒时,砂轮高速旋转并在硅棒表面形成一定压力的空气附面层,阻碍了磨削液进入磨削区参与有效冷却,为此设计了一种在磨料环内侧沿半径方向开设非贯通槽的新型砂轮结构,对该结构下的磨削情况进行有限元模拟,分析气液两相流流场分布,并开展磨削实验,多方面评估开槽砂轮的磨削性能。实验结果表明,开槽砂轮磨削后的硅棒表面粗糙度平均值为0.095μm,比未开槽砂轮约低10%;磨削过程中最大电流平均值为9.5A,降低约21%;修刀间隔平均值为18700mm,提高约38%;开槽砂轮表面清洁且无明显的发黑现象。研究结果表明：开槽砂轮在一定程度上可以削弱气障层,增加磨削区磨削液的体积分布,改善磨削区的清洗和冷却效果,提高砂轮的自锐性和锋利性,从而提高磨削质量和磨削效率。     

石英玻璃的热辅助高效塑性域干磨削

为了提高大口径石英玻璃光学元件的加工效率,提出了热辅助塑性域超精密磨削石英玻璃的新方法。分析了石英玻璃的热辅助塑性域磨削机理,通过理论推导得出磨削深度对磨削区表面最高温升的影响规律。采用陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)砂轮对石英玻璃进行干磨削,利用磨削热改善磨削区石英玻璃的力学性能,实现了石英玻璃的高效塑性域磨削。通过磨削实验研究了不同磨削深度对石英玻璃表面粗糙度(Ra)和亚表面损伤深度的影响。实验结果表明,随着磨削深度的增加,Ra和亚表面损伤深度反而降低。当磨削深度为5μm,大于粗磨表面的裂纹深度时,获得了Ra值为0.07μm的光滑无裂纹的塑性域磨削表面。通过扫描电镜观察研究了砂轮的磨损机理,结果显示陶瓷结合剂CBN砂轮塑性域干磨削石英玻璃时,砂轮以磨耗磨损为主,该结果为研究新型的陶瓷结合剂CBN砂轮提供了依据。     

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。     

纳米流体微量润滑磨削硬质合金温度场模型与实验验证

温度过高是目前磨削加工硬质合金的技术瓶颈。相比传统的干磨削工况,纳米流体微量润滑(NMQL)的冷却润滑方式是解决磨削热损伤的有效措施。为了验证纳米流体微量润滑工况下磨削硬质合金的可行性,建立了硬质合金的传热模型,并在此基础上对硬质合金的磨削温度场进行了数值仿真研究。对硬质合金(YG8)进行了不同工况下的表面磨削试验。结果表明,以干磨削工况下的磨削温度(227.2℃),微量润滑(MQL)工况和纳米流体微量润滑工况下磨削区温度分别降低了20.42%和39.48%。数值仿真温度与实验测量温度的误差为6.3%。从宏观参数(比磨削力、磨削温度)和微观参数(砂轮表面形貌)出发,研究了不同工况对砂轮磨损的影响。实验结果,进一步证明纳米流体微量润滑适用于硬质合金的磨削加工。     

基于放电修锐的粗金刚石砂轮干式镜面磨削技术

为解决超硬金刚石砂轮修锐效率较低以及环境友好性等问题，采用干式接触放电修锐(ECD)技术对粗金刚石砂轮进行修锐，获得较高的磨粒出刃，可以实现硬质合金和模具钢等高强高硬材料的高效精密镜面磨削加工。对46#金属结合剂粗金刚石砂轮进行机械修锐和干式ECD修锐，再利用修锐后的粗金刚石砂轮对硬质合金和模具钢进行干式轴向磨削加工，对比分析两种修锐条件下磨削工艺参数对硬质合金干磨削力、磨削表面粗糙度和磨削力比的影响。实验结果表明：硬质合金的干式轴向磨削力及其表面粗糙度随砂轮速度的增大而减小，随进给速度和切削深度的增大而增大；与机械修锐相比，干式ECD修锐能够获得更高的磨粒出刃和更好的表面质量，以及更小的磨削力和磨削力比；硬质合金和模具钢的干磨削表面粗糙度Ra分别可达0.058μm和0.022μm。     

磨削液对砂轮磨削轴承钢流体动压效应的影响

为了研究不同的磨削液对陶瓷刚玉砂轮外圆磨削轴承钢(GCr15)时的流体动压效应的影响,基于弹性流体动力润滑理论,建立稳态微观热弹流砂轮模型,对比分析水溶性磨削液、乳化液、油溶性磨削液、石蜡油磨削液对流体动压效应的影响,以及采用不同磨削液时磨削区的温度变化,并分析磨削液为乳化液时油相体积分数的不同对磨削区流体动压效应的影响。结果表明:无论是否考虑粗糙度的影响,采用石蜡油磨削液的整体压力最小,整体膜厚最大,而采用水溶性磨削液的磨削区温度要低于油溶性磨削液;综合考虑各种因素,选用乳化液作为磨削液,可获得较好的磨削效果和较低的表面磨削温度;乳化液的油相体积分数越大,整体压力越小,最小膜厚越大,但磨削区的温度上涨也越迅速;为保证磨削区温度不至太高,油相体积分数一般不超过20%。     

高强度钢的切削

高强度不锈钢OCr13Ni6Mo,属于难加工材料,用普通硬质合金刀具粗车铸件毛坯时,前刀面常常“粘刀”,后刀面磨损很快,经常产生崩刃、打刀现象。半精车和精车时,刀具后刀面磨损较快,刀具耐用度低,加工表面粗糙度高。在加工中,经过多次切削试验,终于掌握了它的切削加工性能,保证了加工     

高速磨削用单层钎焊CBN砂轮及其磨削性能

针对钎焊砂轮存在的热变形导致精度降低的问题,提出基于局部加热的超高频感应钎焊工艺方法制备高速磨削用单层钎焊CBN砂轮,采用三坐标测量仪对砂轮及其钎焊前后的尺寸进行测量,最后对该砂轮高速磨削镍基高温合金磨削性能进行评价。三坐标测量结果显示,钎焊CBN砂轮基体的变形量小于16μm,在高速重负磨削镍基高温合金试验中,加工表面未见裂纹和烧伤,表面粗糙度可达Ra0.4μm,砂轮表现为正常磨耗磨损。表明超高频感应钎焊工艺制备的单层钎焊砂轮在高速磨削具有应用潜力。     

磨削力自适应控制系统的设计

可转位刀片的传统磨削加工大多采用恒进给量控制法,若工件的余量不均、材质不均、磨削速度较高、砂轮的切削性能较差时,在进给速度较大时,将对工件的加工表面质量产生不良影响,如表面粗糙度增大,工件表面烧伤和产生微裂纹,砂轮磨损加剧,砂轮轴变形,甚至砂轮崩裂。若降低进给速度势必会影响加工效率。自适应加工技术是解决上述问题的重要途径,论文讨论了应用该技术对影响加工效率和精度的切削力、转矩、功率、刀具磨损、尺寸精度、和表面粗糙度等物理量进行检测、建模、提取特征,对进给速度、主轴转速等工艺参数进行实时控制,使机床的工艺系统在高效加工中处于最佳状态。     

磨削参数对陶瓷结合金刚石砂轮磨削硬质合金表面粗糙度的影响

采用因素分析法,研究了不同条件下磨削参数的变化对陶瓷结合金刚石砂轮磨削硬质合金表面粗糙度的影响,分析了影响硬质合金表面加工质量的原因,并提出提高硬质合金表面加工质量的方法。