工程陶瓷超声磨削温度场的有限元分析及实验研究

运用有限元方法对工程陶瓷在普通和超声磨削条件下的温度场进行建模和分析.结果表明采用超声复合磨削技术可有效降低磨削区温度,有利于工程陶瓷的磨削.通过对工程陶瓷在不同磨削条件下的温度实验研究,验证了有限元分析的结果.     

纳米ZrO2陶瓷的超声振动延性域磨削特性研究

本文分析了纳米ZrO2陶瓷在普通和超声磨削状态下的裂纹扩展过程及延性去除机理;通过对不同磨削状态的磨削力及AFM和SEM对表面质量的观察,做了在普通和超声磨削状态下的对比试验,研究了临界延性磨削深度对磨削力及表面质量的影响关系;基于超声振动磨削过程及磨削力的分析,讨论了超声振动增加延性磨削深度的原因,最后通过AFM对延性域加工表面形貌的形成机理进行了观察。研究表明：超声加工能明显提高纳米ZrO2陶瓷的临界延性磨削深度,振动方向垂直于砂轮线速度方向时,其磨削效果要优于振动方向平行于砂轮速度方向的磨削效果。通过在延性域范围内磨削,超声加工能高效地获得纳米加工表面,超精密磨削表面是由不同幅值多种波形叠加的结果。     

二维超声磨削纳米氧化锆陶瓷的磨削力特性研究

对纳米氧化锆陶瓷在二维超声磨削条件下的磨削力进行了理论分析与实验研究,并与相同磨削参数下的普通磨削方式的磨削力进行了比较和分析。研究表明:与普通磨削相比,二维超声磨削可获得椭螺线式的加工轨迹,大大减小了平均磨削力,扩大了纳米陶瓷的塑性加工域,表面质量得到明显的改善。     

碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削

采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验,对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究,并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示,该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主,砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加,随着主轴转速的增加略有减小;普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加,而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比,在相同的磨削参数下,超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善,且磨削力比减小近1/3,表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少,表面损伤层较浅,亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低,可以获得较为理想的表面质量。     

基于虚拟仪器的超声磨削振动特性实验研究

虚拟仪器可利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理,所以采用虚拟仪器技术对磨削在线加工进行测试,以Labview为开发平台,建立磨削住线加工的振动信号测试系统,从而分析超声振动磨削特性。本文对纳米复相陶瓷材料振动特性进行实验研究,得出如下结论：超声振动频率始终保持在20．923kHz左右,超声振动的振幅随着所加功率的增大而增大;功率对超声振动的振幅影响较大,相同功率下系统实际振动振幅比理论值小。     

超声振动磨削CFRP温度场的有限元仿真

超声振动磨削时的高温易导致碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的热损伤,为了分析超声振动磨削CFRP过程中的温度问题,借助有限元的方法对声振动磨削CFRP温度场进行了仿真。首先利用半人工热电偶在线测量了磨削温度,通过试验与仿真相结合的方法研究了传入0、45°、90°和135°纤维取向的单向CFRP中的热分配比。随后,根据超声振动磨削各单向CFRP的热分配比,建立了超声振动磨削多向CFRP磨削温度场仿真模型。最后,通过超声振动磨削试验对有限元模型的有效性进行了验证。     

工程陶瓷超声磨削温度的实验研究

采用人工热电偶法,对工程陶瓷平面的普通磨削温度和超声磨削温度进行了实验研究。实验结果表明:超声振动磨削温度比普通磨削温度高14%～17%。     

纳米复相陶瓷材料超声振动磨削实验研究

选择纳米ZrO2螳韧Al2O3（ZTA）复相陶瓷为研究对象,对纳米ZrO2陶瓷改性后材料的强韧性比原材料提高了30％,硬度下降不大于5％。在超声振动磨削条件下对该材料的表面形成进行了试验研究,并与普通磨削的磨削效果作了对比分析。     

工程陶瓷超声磨削轨迹仿真

进行了工程陶瓷一维、二维超声磨削试验;通过对超声磨削陶瓷工件表面划痕轨迹的计算机模拟仿真,重点分析了安装角与二维超声相位差对单颗磨粒运动轨迹的影响;通过对比超声磨削试验SEM照片,讨论了超声磨削各参数对加工质量的影响。研究结果完善了加工因素对去除率的影响规律。     

超声振动辅助磨削加工表面质量的研究

为了提升难加工材料的表面质量,降低工件表面的损伤,对砂轮施加轴向超声振动,引入数学模型并基于MATLAB对工件表面质量进行仿真,结果表明:超声振动辅助磨削能明显提升工件表面加工质量,在一定的范围内,振动频率、幅值与主轴转速的增加可以优化表面质量,进给量与切削深度的增加会削弱超声振动的优化效果.     

工件横向施振超声振动磨削力特性试验研究

基于冲量理论和振动加工理论,采用叠加原理建立了工件横向施振超声振动磨削力数学模型。从理论上解释了工件横向施振超声振动磨削力低于普通磨削力的原因,并进行了超声振动与普通磨削力对比试验研究。结果表明:超声振动磨削力比普通磨削力减小20%~30%,磨削力的大小随工作台进给速度的提高而减少,磨削深度的增加而增大,当达到某一临界切深时,磨削力急剧下降。磨削力可做为评价陶瓷材料脆延转变的一个重要参数。     

结构陶瓷磨削力的实验研究

通过对３种典型结构陶瓷材料９Ｍｇ－ＰＳＺ，Ｓｉ３Ｎ４及Ａｌ２Ｏ３的磨削力实验，就结构陶瓷的磨削力、磨削力比，磨削比能及磨削力的频率特征进行研究，表明结构陶瓷的磨削力有独特的规律。     

椭圆振动修整超声磨削ＺrＯ２温度试验研究

采用椭圆超声振动辅助金刚石笔修整方法修整金属结合剂金刚石砂轮,考察声学系统参数及磨削参数对超声振动辅助磨削纳米氧化锆陶瓷过程中磨削温度的影响.试验结果表明,椭圆超声振动辅助修整的金刚石砂轮超声振动磨削中,磨削温度相对较低.相比其他修整参数,修整深度对磨削温度的影响较小.磨削参数中,磨削深度对磨削温度影响因子较大,砂轮速度影响较弱.此外,磨粒在切削过程中做超声振动,改变了切削条件及散热条件,弱化了砂轮表面地貌对磨削温度的影响,因此,不同修整方式的金刚石砂轮的磨削温度差别不大,两种修整方式下磨削温度下降的梯度大致相当.     

叶序排布磨粒对砂轮的磨削温度场效应

在砂轮磨削过程中,磨削热影响工件表面完整性,而磨粒排布是影响磨削温度场的重要因素之一。针对磨粒叶序排布的砂轮,采用有限元法对磨削温度场进行了计算模拟分析,获得了叶序系数对工件磨削温度场的影响规律。研究结果表明,随着叶序排布系数的增大,被磨工件的表面温度和温度梯度减低。     

磨齿温度场的有限元分析

以Y7125磨齿机磨削淬硬齿轮为研究对象，借助有限元分析软件ANSYS平台，对磨齿过程温度场进行了仿真，得出不同磨削深度下的磨削温度分布曲线，并与解析解进行了比较，从理论上证明了仿真结果的可靠性，为研究磨齿温度场提供了一种新的方法。     

工程陶瓷磨削温度研究的进展

介绍了工程陶瓷磨削温度的研究现状，阐述了磨削温度对陶瓷材料的去除机理的重要影响和几种磨削温度的理论计算方法，分析了两种工程陶瓷磨削中工件热分配系数模型，讨论了两种温度测量技术。总结了磨削参数与表面磨削温度的关系，讨论了用磨削液等方法来抑制磨削热。最后展望了工程陶瓷高速高效磨削温度研究的发展趋势。