工程陶瓷磨削表面损伤模型的研究

通过选用氮化硅、氧化铝和氧化锆3种陶瓷材料进行单行程磨削实验和表面破碎损伤观测实验建立了表面破碎损伤模型.运用该模型,根据磨削输入参数可以预测和控制陶瓷的磨削损伤,从而可以优化陶瓷磨削过程,提高磨削效率、降低加工成本和降低加工损伤.     

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...     

工程陶瓷内圆磨削表面粗糙度研究

研究工程陶瓷内圆磨削表面粗糙度的影响因素。利用氮化硅陶瓷内圆磨削正交试验,分析了砂轮线速度、工件线速度与磨削深度对表面粗糙度的影响,并在此基础上进行了砂轮粒度单一因素影响试验,采用泰勒粗糙度测量仪测得了加工表面粗糙度从0.2646μm~0.5424μm的一系列磨削表面,分析试验结果建立了氮化硅陶瓷内圆磨削表面粗糙度经验公式预测模型。由试验结果得到表面粗糙度随砂轮粒度号的增大、砂轮线速度的提高及工件线速度的降低而减小,随磨削深度的增加整体上呈变大趋势,且砂轮线速度的影响较大,工件线速度次之,磨削深度的改变对表面粗糙度的影响作用不是很明显。经F检验表明预测模型具有较好的预测效果,最大相对误差为10.23%,为实际加工合理选择磨削参数提供了试验依据和参考。     

Si3N4陶瓷轴承套圈端面磨削实验及表面质量分析

目的 确定加工氮化硅陶瓷轴承套圈端面的最优磨削加工参数,并构建表面粗糙度的预测模型.方法 首先,使用双端面磨床对氮化硅陶瓷轴承套圈进行多组单因素实验,实验设置的2个变量分别为砂轮转速和砂轮进给速度,并对两变量分别设置4个加工参数水平,以分析砂轮进给速度和砂轮转速对加工后表面质量的影响;再利用MATLAB中的工具箱,构建表面粗糙度预测模型.结果 通过实验得到最优的加工参数(砂轮转速为1400 r/min,砂轮进给速度为200μm/min),最优的表面粗糙度达到0.0827μm,符合工程中对高精度全陶瓷轴承端面的质量要求.建立了预测模型,并对该预测模型进行了优化,优化后的预测模型较实际测量的表面粗糙度Ra绝对值最小的相对误差为–0.56％,预测值与实际测量的表面粗糙度值的最大误差为0.0113μm.结论 表面粗糙度与砂轮转速和砂轮进给速度呈负相关,从实验结果与预测模型中可以看出,随着砂轮转速和砂轮进给速度的提高,表面粗糙度呈下降趋势.磨削氮化硅陶瓷轴承套圈的端面时,适当提高砂轮转速和砂轮进给速度有助于降低表面粗糙度,提高表面质量.     

二维超声振动磨削纳米复相陶瓷的表面粗糙度研究

本文对纳米复相陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削的对比试验,研究了超声振动磨削对工件表面质量的影响,分析了不同的加工工艺参数及振动参数对加工工件表面粗糙度的影响,实验结果表明,在同样的切深条件下,超声振动磨削表面的沟槽浅而宽,可以得到比普通磨削加工粗糙度较小的加工表面,且在超声振动中砂轮作高频振动,砂轮不易堵塞,利于使用细粒度砂轮磨削;工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大,其值随着工件速度的增加而增大。二维超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量,并能有效地避免普通磨削下微裂纹的产生,因此它是磨削陶瓷的一种精密加工方法。     

ZrO_2陶瓷平面磨削力仿真分析与实验研究

研究工程陶瓷磨削参数对磨削力的影响,参数有金刚石砂轮线速度、磨削深度及工件进给速度,提高陶瓷加工效率和加工精度。以金刚石砂轮平面磨削ZrO_2陶瓷为例,通过正交实验法设计多组关于金刚石砂轮线速度、磨削深度和工件进给速度的磨削组合参数,利用平面测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。同时,运用ABAQUS建立单颗金刚石磨粒磨削ZrO_2陶瓷的有限元模型,分析磨粒磨削陶瓷过程,将实验结果与仿真结果进行对比分析。金刚石砂轮线速度由30m/s增大到50m/s时,磨削力逐渐减小;平面磨削深度由5μm增大到15μm,磨削力逐渐增大;工件随着进给速度的增加,磨削力逐渐增大;实验结果与仿真结果基本一致。影响法向磨削力最大的因素是磨削深度,当平面磨削深度增大,法向磨削力也随之增大;砂轮线速度对切向磨削力的影响最大,随着线速度的增大,切向磨削力增大。研究结果对于提高工程陶瓷加工效率,改进加工质量具有重要的促进作用。     

陶瓷结合金刚石砂轮磨削硬质合金表面粗糙度的研究

本文采用正交试验法研究了砂轮线速度、横向进给速度、磨削深度和磨削行程四种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,通过显微镜观察了硬质合金的表面加工质量,分析了影响表面加工质量的因素,得出了优化的工艺参数.结果表明:四种磨削参数对硬质合金表面粗糙度的影响顺序为:横向进给速度＞砂轮线速度＞砂轮行程＞磨削深...     

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。     

C/SiC复合材料磨削的表面/亚表面损伤

采用树脂结合剂金刚石砂轮对二维正交编织结构C/SiC复合材料进行了平面磨削加工实验。通过对磨削加工表面形貌、磨削表面中碳纤维区域的粗糙度、磨削亚表面形貌的分析与测量,对C/SiC复合材料磨削表面/亚表面损伤进行了研究。结果表明:磨削表面中碳纤维损伤形式以阶梯状脆性断裂为主。对于编织方向平行于进给速度方向的纤维区域,脆性断裂尺寸、表面粗糙度受工艺参数影响较小;而对于编织方向垂直于进给速度方向的纤维区域,脆性断裂尺寸、表面粗糙度随进给速度增大无明显变化,但随磨削深度增大而明显增大。碳纤维区域亚表面损伤形式主要为阶梯状脆性断裂,而SiC区域亚表面损伤形式主要为脆性断裂及微裂纹,且损伤程度在实验参数范围内无明显差异。     

基于磨削速度的K9光学玻璃平面磨削亚表面裂纹深度研究

根据磨削参数协同分析的结果,在保证磨粒运动轨迹一致的情况下,进行基于磨削速度的单因素平面磨削实验。利用试件角度抛光、SEM检测亚表面裂纹层的深度。实验结果显示:随着砂轮转速的提高,亚表面裂纹层的深度呈下降趋势;当砂轮转速从500 r/min逐渐提高到2500 r/min时,亚表面裂纹层的最大深度的平均值下降达25 μm左右;光学玻璃平面磨削实验结果表明,光学玻璃磨削磨削速度是影响磨削过程中光学玻璃材料亚表面裂纹层深度的重要因素,磨削速度对光学玻璃亚表面裂纹生成有重要影响。