基于DEFORM-3D单颗磨粒切削仿真与研究

建立了单颗磨粒几何模型,运用DEFORM-3D有限元软件模拟Al2O3磨粒与45钢不同相对位置(旋转角度)时磨削力、等效应力、等效应变与磨削温度的变化规律,仿真结果表明:随着磨粒旋转角度的增大,法向磨削力和切向磨削力都增大,其比值约为(1~1.3),磨削温度先增大后减小,磨粒旋转角度越小,越易形成切屑,等效应力最大位置是磨粒耕犁作用产生的堆积材料挤压周围材料的那部分区域,而等效应变的最大位置是磨粒前刀面与工件接触的区域。单颗磨粒切削仿真为磨削加工之前磨削力与磨削温度的预测提供理论依据,也为砂轮的制备提供了参考。     

单颗金刚石磨粒磨削SiCp/Al复合材料的仿真研究

利用有限元分析软件Abaqus对单颗金刚石磨粒磨削SiCp/Al复合材料的加工过程进行了模拟仿真,分析了磨削速度和磨削深度对磨削力的影响,研究了工件被磨削后的表面形貌、残余应力分布情况,为优化金刚石砂轮磨削SiCp/Al复合材料的工艺参数提供参考.     

基于单颗磨粒玻璃磨削机理的仿真研究

从仿真角度研究了单颗金刚石磨粒的磨削机理;建立了单颗磨粒磨削玻璃等脆性材料的仿真模型,在此基础上,通过有限元软件对不同磨削条件下的单颗金刚石磨粒的磨削过程进行了仿真。最后从最大拉应力、磨削力两个方面对仿真结果进行了分析,研究了砂轮线速度、磨削深度对最大拉应力和磨削力的影响。     

新型金刚石纤维的制备及其切削性能

采用添加一定量铁族金属Co的Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2系陶瓷作为金刚石磨粒的陶瓷-金属结合剂,利用粉末注射成型和埋砂烧结法,设计制备一种具有一定长径比和宏观尺寸(1 mm×1 mm×10 mm)新型金刚石纤维,能按照使用要求进行有序排布,采用这种新型金刚石纤维替代传统金刚石磨粒能制备出有序化金刚石纤维砂轮。对金刚石纤维的抗折强度、硬度等性能进行测定,开展单根金刚石纤维试件与普通陶瓷砂轮加工超硬材料SiC增强高硅铝合金的对比试验。结果表明,制备的新型金刚石纤维具有一定的强度和硬度,其中的陶瓷-金属结合剂对作为切削主体的金刚石磨粒润湿性好、把持力强,金刚石磨粒不易脱落;新型金刚石纤维具有很好的加工性能,较之普通陶瓷砂轮加工工件表面质量更好,实现超硬材料SiC增强高硅铝合金的精密加工;新型金刚石纤维中,有效金刚石磨粒占有较高的百分比,分布较均匀,磨粒出刃等高性好,有效参与切削的磨粒数多,磨粒利用率高;新型金刚石纤维中,金刚石实现三维意义上的分布,即上层磨粒在磨耗磨损失去切削能力或在承受较大的摩擦和挤压力而脱落的情况下,下层磨粒得以出露继续发挥切削能力。     

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。     

运用LS-DYNA的轴向缓进给磨削工程陶瓷的有限元仿真

介绍了轴向缓进给磨削加工原理,建立了单颗金刚石磨粒磨削工程陶瓷的仿真模型,并就磨削力在X、Y、Z向上的分力对仿真结果的影响进行分析。最后通过对不同磨削条件下的单颗金刚石磨粒的磨削过程进行仿真,研究了砂轮转速、砂轮轴向进给速度、工件转速,以及磨粒锥角对磨削力的影响。     

金刚石砂轮与CBN砂轮加工铝合金Al6061的对比试验研究

分别用金刚石砂轮和CBN砂轮加工铝合金Al6061,通过正交实验,研究加工工件的表面形貌、表面粗糙度以及磨削力等情况。结果表明:随着磨削深度的不断增加,CBN砂轮磨削铝合金Al6061的加工表面粗糙度高,砂轮堵塞严重,并伴随着大量材料堆积,严重影响了加工表面质量;在相同试验条件下,金刚石砂轮加工铝合金Al6061的加工表面质量优于CBN砂轮,主要原因是金刚石砂轮加工铝合金时所产生的磨削力比CBN砂轮小。     

超硬涂层磨削工艺实验研究

针对核主泵关键部件材料镍基碳化钨涂层,采用三种磨粒粒度金刚石砂轮进行平面磨削试验,研究工艺参数、磨粒粒度对涂层材料磨削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响规律。实验结果表明:不同粒度砂轮磨削时,随着磨削深度和工件进给速度增加,法向磨削力和切向磨削力均逐渐增大,表面粗糙度值呈现先增大、后减小再增大的趋势,平行和垂直磨削方向的表面残余压应力逐渐增大,且垂直磨削方向应力值更大。综合考虑磨削力、表面粗糙度、磨削表面残余应力和磨削加工效率,600目砂轮具有较好的加工效果,其对应的优化磨削参数为:磨削深度为10μm,工件进给速度为8 m/min。     

柱面微透镜阵列的精密磨削

柱面微透镜阵列的加工精度要求高,加工效率低,采用具有微细轮廓结构的成形砂轮进行磨削加工能够极大地提高加工效率。为了预测成形砂轮磨削工件的面形误差和表面粗糙度,建立了成形砂轮磨削仿真模型。通过滤波方法分析和模拟微细结构成形砂轮的磨粒突出高度的偏态分布特征,结合实测的砂轮的轮廓形状和跳动完成了整体的空间砂轮的重构,同时建立了砂轮表面磨粒的磨削运动学模型,模拟出工件磨削加工后的表面形貌。最后,开展磨削实验验证了仿真模型的有效性。对比仿真与实验结果可知,面形误差PV值的偏差为5.78%,Ra值的偏差为17.3%,Rz值的偏差为12.9%。该磨削仿真模型能有效预测磨削表面的面形误差和表面粗糙度。     

轴向超声辅助磨削陶瓷的磨削力模型

基于单颗磨粒的最大未变形切屑厚度,建立了轴向超声振动辅助陶瓷磨削的磨削力数学模型,模拟得到了不同磨削深度、砂轮线速度和工件运动速度下的磨削力并进行了试验验证。结果表明:法向磨削力的计算值与试验值的误差为15%左右,切向磨削力的计算值与试验值的误差为20%左右;由于前后磨粒的运动轨迹会存在重合,模型计算的磨削力比试验值大;磨削力随着砂轮边缘速度的增加而减小,随着磨削深度和工件速度的增加而增大。     

HIPSN陶瓷磨削力试验研究与仿真

为探索金刚石砂轮磨削HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷时,磨削工艺参数对法向、切向磨削力的影响情况。设计正交试验重点研究磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度等磨削工艺参数对法向、切向磨削力的影响规律,同时基于ABAQUS建立单颗金刚石磨粒切削HIPSN陶瓷有限元仿真模型,将试验结果与仿真结果进行对比。结果表明,提高砂轮线速度、减小磨削深度、降低工件进给速度,法向、切向磨削力均减小。磨削力比在(8～15)之间。试验结果与仿真输出结果基本一致,验证了该仿真模型的正确性。     

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。     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

有序化砂轮的研究现状及进展

砂轮是磨削加工技术中使用最为广泛的加工工具,但传统磨粒砂轮其磨粒与结合剂之间结合面积小,砂轮表面磨粒无规则随机排布,存在磨削时法向力与切向力之比高、磨削比能高和磨削温度高等问题,影响了零件加工质量及效率,降低了砂轮使用寿命。有序化砂轮是利用现代加工制造方法使得磨粒在其表面形成规则化、序列化排布模式的一种新型砂轮,其优点是可以提高动态有效磨粒的比例,增加砂轮容屑空间,有效降低磨削温度,延长砂轮的使用寿命以及提高加工表面质量。综述了近年来有序化成型方法、有序化砂轮排布方式和加工性能,以及有序化纤维砂轮的研究现状及进展,以期为有序化砂轮的应用提供更为广阔的市场空间。     

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。     

基于数理统计模型CBN砂轮磨削力的仿真与试验

基于砂轮表面磨粒数理统计方法,建立了单颗磨粒模型,运用DEFORM-3D有限元软件进行了GCr15轴承钢磨削仿真。通过仿真分析表明:切向磨削力和法向磨削力随砂轮线速度的增大而减小,随磨削深度的增大而增大,法向磨削力与切向磨削力之比约为5-10。进行了GCr15轴承钢高速磨削试验,通过仿真与试验数据对比,分析了单颗磨粒磨削力与砂轮总磨削力之间的耦合关系,验证了单颗磨粒有限元仿真的准确性,也说明了砂轮表面磨粒数理统计方法的可靠性,为加工前磨削力的预测提供了理论依据。     

氮化硅陶瓷套圈磨削力有限元仿真分析与实验

分析磨削氮化硅陶瓷材料时产生的磨削力,对磨削力的变化规律进行探索,对磨削过程中磨削力的大小进行预测,提高磨削效率和加工表面质量。通过超景深电子显微镜对砂轮表面磨粒分布状况进行扫描,计算得到砂轮表面的磨粒密度,建立多颗磨粒随机分布的三维虚拟砂轮模型,将砂轮模型导入到Abaqus有限元仿真软件中进行氮化硅陶瓷的磨削仿真,得到不同参数组合下的磨削力仿真数据。在MK2710的数控磨床上进行氮化硅陶瓷的磨削实验,获取相应的磨削力实验数据,比较实验数值与预测数值,并分析影响磨削力因素的主次顺序。实验数值与预测数值具有一致性,磨削深度对磨削力的影响最大,其次为砂轮转速和径向进给速度。     

纳米结构陶瓷涂层磨削力的研究

对纳米陶瓷涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力(包括单位磨削面积磨削力和砂轮单颗磨粒磨削力)进行了研究,分析了砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮磨粒尺寸以及粘结剂类型等磨削参数对磨削力的影响规律.     

氧化锆陶瓷磨削表面质量仿真与实验研究

研究高速磨削条件下砂轮线速度、切削深度等工艺参数对氧化锆陶瓷工件加工表面质量的影响。通过对单颗磨粒切削氧化锆陶瓷试件过程进行仿真,确定磨粒切削深度与切削速度对磨削力和磨削表面形貌的影响。同时,采用金刚石砂轮对氧化锆陶瓷进行平面磨削实验,获取磨削力和表面形貌等实验数据,对仿真结果进行实验验证。随着切削深度从2μm增大到8μm,单颗磨粒磨削力呈单调递增的趋势,工件表面质量逐渐恶化;当切削深度保持在2μm时,砂轮线速度对工件表面形貌影响不大;当切削深度加大到4μm以上时,提高砂轮线速度可以有效减轻磨削表面的破碎损伤。     

多颗粒金刚石小砂轮磨削仿真及实验

建立了多颗粒金刚石小砂轮轴向进给磨削工程陶瓷的磨粒运动轨迹模型,通过改变砂轮转速、陶瓷件转速、轴向进给速度,揭示加工参数变化和磨粒运动规律的关系。通过不同加工参数下实际的陶瓷加工实验,分析了进给速度对边缘碎裂、磨削力、金刚石磨粒耗损的影响规律,得到的实验分析结果和仿真结果一致。实验运用了合适的实验方案和测力系统,并利用边缘检测和轮廓曲线拟合的方法实时追踪检测金刚石顶尖曲率半径变化来定性分析金刚石磨粒的磨损情况。研究结果为如何利用合理的进给速度控制陶瓷材料的边缘碎裂,减少工件和砂轮磨具的损伤提供了借鉴。