氧化锆陶瓷超声磨削实验及磨削力模型研究

为了研究氧化锆陶瓷超声磨削机理,分别设计了超声和非超声磨削情况三因素-三水平的正交试验,基于实验数据开展了磨削力影响因素分析和极差分析,并构建了磨削力模型。研究结论如下:超声磨削情况下,磨削力随主轴转速的提高而降低,随磨削深度、进给速度的增大而增大;沿进给方向的力和沿磨削宽度方向的磨削力主次影响顺序为主轴转速、磨削深度、进给速度,沿磨削深度的磨削力主次影响顺序为主轴转速、进给速度、磨削深度;非超声磨削情况下,磨削力随主轴转速和磨削深度的增大而降低,随进给速度的增大而增大;三个方向的磨削力的主次影响顺序都为主轴转速、进给速度、磨削深度。对比超声和非超声,发现超声磨削情况下可获得20%～30%磨削力减小,且超声对金刚石磨头的磨损程度最小。研究可为氧化锆陶瓷磨削机理研究提供重要参考。     

轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模

以单颗磨粒为对象,分析轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上,将磨削力分为切屑变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切屑变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒运动方向与主切削方向间的夹角;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。基于此建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力模型。通过对21Ni Cr Mo5H进行了轴向超声振动辅助磨削的磨削力试验,确定了模型中的常数,并验证了所建模型的正确性。建立的磨削力模型是轴向超声振动辅助磨削的磨削力预测的一种有效方法,对轴向超声振动辅助磨削机理的认识具有较大意义。     

石英玻璃的化学机械磨削加工

为了实现石英玻璃基板的高效、高质量加工,进一步改善光掩模设备的性能,进行了石英玻璃化学机械磨削(CMG)加工技术的研究。通过在磨削过程中主动增强磨粒、结合剂以及磨削液与工件的化学反应,并使化学反应与机械去除作用形成动态平衡,从而消除因材料脆性去除而造成的表面损伤等,实现了大口径玻璃工件的高表面质量、高形状精度的加工。针对石英玻璃CMG加工的特点,开发了CMG专用砂轮及磨削液,利用正交实验法优化了石英玻璃CMG加工工艺参数,分析了CMG加工过程中磨削压力、砂轮转速、磨削液流量、pH值等因素对加工表面粗糙度及加工效率的影响,并利用优化后的工艺参数加工得到了Ra为0.795nm的石英玻璃表面。加工后基板的光学性能和化学机械抛光(CMP)加工基板的光学性能相同,能够满足光掩模设备的性能需求。     

超声辅助对TC4钛合金磨削力的影响

在室温下对TC4钛合金进行了超声辅助磨削试验和普通磨削试验,对比研究了磨削速度、进给深度、超声振动对合金磨削力的影响,分析了试样的表面加工质量。结果表明:超声磨削的法向磨削力和切向磨削力均随着磨削速度增大而下降且降幅减小,随着进给深度增大而增大且增幅增大;和普通磨削试样相比,超声磨削试样的法向磨削力和切向磨削力更低;超声磨削试样表面黏附的磨屑较少,表面加工质量更好。     

超声辅助磨削加工碳纤维复合材料的磨削力分析

针对碳纤维复合材料采用普通磨削时存在磨削力大、刀具磨损快、工件加工效率低等问题。在国内首次基于超声辅助磨削对航空碳纤维复合材料进行磨削力研究,选择主轴转速、超声振幅、进给速度和磨削深度主要的磨削工艺参数,深入开展航空碳纤维复合材料的超声辅助磨削力对比研究。研究结果表明:加工碳纤维复合材料工件时,超声辅助磨削能明显降低磨削力,即使在最差的加工条件下,即较低的主轴转速、较高的进给速度、较大的磨削深度的条件下,超声辅助磨削对磨削力的降低作用越显著。超声辅助磨削无论在航空碳纤维复合材料的粗加工还是在精加工中,都能达到更好的加工效果,在改善航空碳纤维复合材料的加工条件、增加工具使用寿命和提高加工效率上都有明显的作用。     

磨削用量对超声辅助磨削碳化硅效果的影响

超声辅助磨削是一种适于加工陶瓷等硬脆材料的先进复合加工技术。在超声振动方向垂直于加工表面的条件下,采用金刚石杯形砂轮对碳化硅陶瓷进行超声辅助磨削与普通磨削试验。对两种方法的磨削力、力比及加工表面粗糙度进行了对比分析,并讨论了磨削用量变化对两种方法在上述指标中差异程度的影响。结果表明,与普通磨削相比,超声辅助磨削可显著降低磨削力,但一定程度上将导致加工表面质量变差。随着磨削用量的增大,超声辅助磨削与普通磨削之间的差异逐渐减弱,超声辅助磨削效果逐渐消失。     

超声振动辅助磨削NdFeB永磁材料磨削力试验研究

磨削过程中,降低磨削力有利于提高硬脆材料的加工表面质量.对切向、径向和轴向超声振动辅助磨削NdFeB永磁材料的磨削力进行了试验研究,研究结果表明:超声振动的引入使磨削力随砂轮粒度和磨削用量变化的趋势减缓;与普通磨削相比较,三种超声振动方式均使磨削力降低,对于切向磨削力,轴向超声振动使之大幅度上升,切向超声振动次之,而径向超声振动使之下降;对于法向磨削力,三种超声振动方式均使之大幅降低,其中径向超声振动的影响最为明显,切向超声振动次之,轴向超声振动的影响最弱.     

磨削参数对合金材料加工过程中磨削力及表面粗糙度的影响

针对合金材料磨削加工中磨削参数对磨削力和加工表面粗糙度的影响,以轴承合金材料为例,设计了GCr15和42CrMo两种高碳铬轴承材料的平面磨削试验。采用白刚玉砂轮完成三因素四水平正交试验,使用切削力测量系统、三维轮廓仪和超景深三维显微系统进行磨削力和表面粗糙度的数据采集,用于后续分析磨削力和表面粗糙度受磨削参数的影响规律。对试验设备采集数据进行均值分析发现：磨削参数对于磨削加工过程中产生的磨削力和表面质量的影响程度分别是磨削深度>砂轮转速>进给速度。本文研究结果对实际磨削加工的磨削参数优化有一定指导意义。     

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。     

杯形砂轮磨削熔融石英玻璃机理与实验研究

熔融石英玻璃是一种工程领域常用的光学玻璃材料。针对在陶瓷材料端面快速磨削中具有广泛应用的杯形砂轮,综合考虑了磨削过程中的脆性断裂和对材料造成的冲击效应,基于单颗粒磨削理论对砂轮运动轨迹和去除效率理论建模分析。在此基础上,对熔融石英玻璃材料进行多参数的单颗粒金刚石刻划实验,以验证理论预测模型,实际测得的磨削力数值与刻划后三维表面形貌,与理论分析结果吻合。结果表明,这一理论模型可以用于预测磨削力数值和优化加工参数。     

加工莱阳绿大理石时的磨削力正交试验研究

通过金刚石砂轮磨削莱阳绿大理石时的正交磨削试验,将磨削速度、进给速度和磨削深度对水平磨削力Fh和垂直磨削力Fv的影响,做了系统的研究.通过极差分析和趋势图得出磨削大理石时的优化工艺参数.分析表明:进给速度和磨削深度对磨削力的影响要比磨削速度显著.建立了磨削力回归经验公式,经与试验数据比较,所建立的回归方程与试验数据拟合...     

氧化锆陶瓷轴承套圈内圆磨削力的试验研究

用金刚石砂轮对氧化锆陶瓷套圈内圆的磨削试验来研究砂轮线速度、砂轮粒度、轴向振荡速度和磨削深度对磨削力的综合影响,从而提出陶瓷内圆磨削力的数学模型。首先采用正交法设计出不同参数下的实验方案,然后通过Kistler旋转测力仪对磨削力进行实时测量,最后利用Matlab软件对所得数据进行求解。得到了内圆磨削力的数学模型,该模型可用来进行磨削力的预测,并且提高加工效率。通过数学模型可以看到,在给定的几个对磨削力具有影响的参数中,磨削深度对法向磨削力的影响最大,砂轮线速度对切向磨削力的影响最大。通过试验验证,该磨削力的数学模型的误差在10%以内,对生产实践具有一定的借鉴意义和指导作用。     

石英玻璃微铣削加工的离散元模拟与试验分析

针对石英玻璃的微铣削过程,采用离散元模拟软件PFC3D建立真实的离散元模型,模拟裂纹的生成与扩展情况,得到铣削力曲线图以及铣削过程的较优加工工艺参数,并通过铣削力试验验证了石英玻璃三维离散元模型有效性及离散元法模拟石英玻璃切削过程的合理性。基于模型和试验一致,得出不同铣削参数下铣削力的变化规律。结果表明:铣削力随主轴转速的增加则先减小后增加再减小,随切削深度和进给速度的增加而增加,随刀具倾角的增加则先增加后减小。     

超声振动辅助微铣削石英玻璃铣削力的研究

根据超声加工硬脆材料的特点,结合实验室设备,设计了一套采用工件振动的高速微铣削实验平台,通过超声振动铣削和常规铣削透明石英玻璃,研究选用不同的主轴转速、进给速度、切深、主轴倾角等铣削因素对铣削力的影响。实验结果表明,在两种铣削加工方式下,铣削力发生不同的变化,在超声铣削情况下,铣削力普遍低于常规铣削力。     

影响磨削光洁度的因素分析

分析日常磨削加工中影响工件表面光洁度的因素，并总结外圆磨削加工过程中出现的常见缺陷种类、形成原因及有效的改进措施。     

多频率超声振动磨削力分析及实验研究

对纳米复相陶瓷在多频率超声振动条件下的磨削力进行了理论分析,并对在不同磨削参数下的磨削力进行了实验研究。实验结果表明,在不同的超声振动磨削参数下,磨削力都随着频率的增加而减小。通过理论分析与实验结果的比较,发现该模型的理论预测与实验结果吻合。     

圆锥滚子磨加工表面粗糙度影响因素的分析

在对砂轮粒度、砂轮硬度和结合剂、砂轮线速度和宽度以及砂轮修整等对圆锥滚子磨加工表面粗糙度Ra值影响因素分析的基础上,通过试验和实践探索,提出了改善表面粗糙度应采取的相应措施。     

铣削力预测方法和影响因素综述

为减少航空发动机薄壁件铣削加工过程中的加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的切削力进行预测。因此,综述了多远回归分析预测模型、微元铣削力预测模型、有限元预测模型和人工神经网络预测模型,并对切削用量、刀具几何参数、工件材料、冷却作用、刀具材料和刀具磨损对铣削力的影响进行了分析。     

滚削力计算方法及影响因素分析

针对滚削力计算复杂、影响因素众多的问题,通过分析和总结,结合实际计算过程,提出了常用滚削力计算方法,并比较了各方法的优缺点.通过对滚削力影响因素的分析,提出各因素对滚削力大小的影响程度和变化规律,为滚削力计算和分析提供了一定的参考依据.     

ELID磨削预修锐与氧化膜成膜的影响因素

设计了蓝宝石ELID(在线电解修整)磨削工艺的实验装置和实验方案.基于电化学理论,建立了蓝宝石ELID磨削预修锐氧化膜形成的数学模型,定性分析了氧化膜的成膜过程,并通过磨削实验,研究了极间间隙、电压等工艺参数对预修锐时间的影响规律,揭示了氧化膜厚度和生长速率的变化规律,提出了基于厚度、粘附力和孔隙率,并考虑预修锐时间的氧化膜状态的评价表征方法,对极间间隙、脉冲频率、电压和砂轮转速等ELID电解加工参数进行了优化.实验获得最佳加工条件为极间间隙0.5 mm,脉冲频率90 kHz,电压120 V,砂轮转速1500 r/min.