纳米硬质合金高速深磨工艺试验研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮对不同晶粒度硬质合金进行了高速深磨试验,对比分析了砂轮速度、磨削深度以及工作台速度对磨削力、表面粗糙度及磨削表面形貌的影响,分析了纳米硬质合金材料高速深磨去除机理。试验结果表明:随着砂轮速度增加,工作台速度降低和磨削深度减小,将导致最大未变形磨屑厚度减小,单位面积磨削力减小,比磨削能增加,表面塑性去除比例增加。随着晶粒度的减少,磨削力和比磨削能降低,表面粗糙度值减少,纳米硬质合金更易表现为脆性断裂方式去除。对纳米硬质合金采用高速深磨工艺技术可以提高加工效率,同时可以保证较好的表面质量。     

纳米硬质合金与大理石的摩擦磨损特性

采用在线电解修整(ELID)磨削技术对纳米硬质合金刀具进行磨削,并利用摩擦磨损试验机研究了纳米硬质合金WC-10Co与大理石的摩擦磨损特性。结果表明,纳米硬质合金整体摩擦系数小,耐磨性好;WC-10Co的磨损机理表现为鱼鳞状塑性流动,而普通硬质合金的磨损机理则是晶粒大片脱落。纳米硬质合金性能优异,有望成为矿产资源钻探领域的新型刀具材料。     

CBN/纳米硬质合金复合材料磨削实验设计

以CBN/纳米硬质合金复合材料为磨削对象,采用两种不同粒度号的树脂结合剂金刚石砂轮,对CBN/纳米硬质合金复合材料进行平面磨削加工。合理选择高精度磨床,利用测力仪、电子扫描显微镜和表面粗糙度仪等设备搭接实验平台,通过磨削参数的设定,测量不同磨削参数下的磨削力和表面形貌特征,以期为后续研究CBN/纳米硬质合金复合材料磨削机理和优化磨削工艺参数提供依据。     

陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金的表面粗糙度研究

本文结合单因素实验和正交实验,研究了从低速到高速磨削条件下,砂轮速度、进给速度、磨削深度、最大未变形磨削厚度以及磨削方式(顺磨或逆磨)对陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响规律,分析了影响超细晶粒硬质合金表面加工质量的原因。研究表明,总体来说磨削参数的变化对超细晶粒硬质合金表面粗糙度的影响程度不大。高速磨削时的表面粗糙度相比低速磨削得到了比较明显改善。逆磨时的粗糙度比顺磨大,随砂轮速度增加下降更快。相比传统硬质合金,磨削WC颗粒更细、强度更高的超细晶粒硬质合金的表面粗糙度更低。磨削参数对表面粗糙度的影响程度从小到大依次是磨削深度、砂轮速度和进给速度,实际加工时为同时获得较高的磨除率和表面质量,宜采用高砂轮速度、低进给和大切深的磨削组合。     

ISVD降噪和重排谱图在烟机信号HHT时频谱分析中的应用

针对基于希尔波特黄变换(HHT)的时频谱存在受噪声影响大、高频部分时频分辨率低的缺点,提出将迭代奇异值分解(ISVD)降噪和重排谱图应用于HHT时频谱分析中.首先对噪声对HHT时频谱的影响进行了分析,含噪实测信号经过经验模式分解(EMD)得到的基本模式分量(IMF)中含有很强的噪声成分,从中提取的瞬时参数不具有物理意义,构成的HHT时频谱混乱而不准确;然后利用ISVD降噪对实测信号进行了降噪处理,有效地去除了噪声,降噪后信号EMD分解得到的IMF分量其Renyi信息接近于0,是近似平稳的单分量信号,从中可以提取到准确的瞬时参数,构成特征清晰、分布合理的HHT时频谱;最后对HHT时频谱中高频部分所对应的IMF分量进行了重排谱图分析,实现了其时频特征的准确定位.结果表明,该方法可以有效地提高烟气轮机信号HHT时频谱分析的准确率,为故障诊断提供可靠的特征依据.     

基于HHT的非平稳信号分析仪的研究

本文介绍了希尔伯特-黄变换（HHT）的原理，首先通过经验模态分解（EMD），信号被分解成一系列固有模态函数（IMF），再通过Hilbert变换得到每个IMF的瞬时频率（IF）和瞬时幅值函数，最终得到原始信号的IF分布和Hilbert谱。Hilbert谱是信号的时间-频率-能量分布。为使HHT能有效分析非平稳信号，引入了改进HHT的方法，即在HHT过程中，将小波包变换（WPT）作为预处理器，外加IMF的筛选。采用虚拟仪器开发技术研制了一台基于HHT的非平稳信号分析仪。最后以HHT去噪为例，介绍了基于HHT的非平稳信号分析仪的应用。     

运用BF-HHT的转子径向碰摩故障特征提取方法

针对现有希尔伯特-黄变换(HHT)方法在进行特征提取时,估算部分多频固有模式函数(IMF)瞬时频率不准确的问题,提出了一种基于带通滤波的希尔伯特-黄变换算法(BF-HHT)。该算法首先确定信号主要能量所在频率;然后以这组主要能量所在频率为中心频率设计一组带通滤波器,对原信号进行滤波;最后用HHT方法提取信号的时频特征。转子试验台和实际机组的径向碰摩故障信号的试验与分析结果表明,BF-HHT算法不仅能准确提取到转子径向碰摩故障信号中出现的频率成分,而且能对故障特征频率出现或消失的时刻精确定位,其特征提取效果明显优于HHT方法。     

非球面模具斜轴磨削工艺参数优化与试验研究

针对纳米加工中碳化钨模具表面波纹度对非球面玻璃成像性能影响的问题,通过对单点斜轴磨削中的磨削刀具振动分析和磨削理论残余误差分析,阐述磨削工艺参数对表面波纹度的影响机理。结合磨削试验对磨削工艺参数进行优化,得到理想的磨削工艺参数：主轴转速40 000～45 000 r/min,工件转速为200 r/min,工作台轴向进给速度为0.1 mm/min,磨削深度为0.1μm以下时,表面波纹度可达到理想的均匀交叉状态且表面波纹度w_z值可控制在30 nm以内。     

超细硬质合金磨削残余应力仿真与实验研究

本文进行了金刚石砂轮平面磨削超细硬质合金残余应力有限元仿真,通过ANSYS软件中的APDL参数设计语言,完成了对超细硬质合金材料建模、网格划分、加载、求解的整个过程,并对超细硬质合金磨削表面残余应力进行了实验论证,得出了不同磨削参数下的磨削残余应力值,对比了不同目数砂轮和不同WC晶粒硬质合金在同一磨削参数下的残余应力值。研究发现,目数小的砂轮磨削时产生的残余应力值要大,WC晶粒度越小,磨削的残余应力值越大。结果表明,实验结果与有限元模拟大致相同。     

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。     

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。     

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。     

磨削温度场建模及热传递分析与实验验证

以磨削原理为基础,分别建立了干磨削、湿磨削和纳米粒子射流微量润滑磨削的温度场理论模型,分别对各种冷却条件下的温度场进行热量的传递分析。借鉴强化换热理论,分析了纳米粒子射流的导热特性,并对纳米粒子射流微量润滑磨削温度场能量的分配进行分析,理论推导出由砂轮/工件界面传入工件的能量比例系数及工件平均表面温度,用4种冷却方式进行磨削实验,分别通过红外热像仪和测力仪测得工件的表面温度和切向磨削力,并计算出传入工件的能量比例系数,证实浇注式磨削能量比例系数最低,其次为纳米粒子射流微量润滑磨削,分别为40.06%和46.47%。     

单片精铣硬质合金刀片的磨削工艺研究

单片精铣硬质合金刀片因其能实现高速、高精度加工而得到快速发展,但因本身精度要求高,在其生产制造环节存在一定问题。本文针对单片精铣硬质合金刀片的精度控制要求,综合分析磨削工艺,并设计了一种内孔磨削夹具进行磨削测试。磨削结果表明,定位面基准磨削方案更能保证中心孔的尺寸精度和位置度;基于内孔磨削夹具能实现高精度中心孔的控制,中心孔孔径过程能力指数C_pk值可达1.36,中心孔位置度过程能力指数C_pk值可达1.34,可进行批量生产。     

一种改进的暂态电能质量扰动检测方法研究

针对希尔伯特-黄变换算法(HHT)在检测电能质量扰动时端部存在失真及瞬时幅值分量不稳定等问题,提出了一种基于局部均值分解法(LMD)和Teager能量算子的暂态电能质量扰动检测算法,采用LMD算法分解扰动信号,提取所需能量信号,然后利用Teager能量算子法对该能量信号进行检测。最后,以不同的扰动信号为研究对象进行了试验,验证了改进算法的有效性。     

齿轮箱起动过程故障诊断

针对齿轮箱升降速过程中振动信号非平稳的特点,将阶次跟踪、角域平均和Teager能量算子分析技术相结合,提出了基于阶次跟踪和Teager能量算子分析的齿轮箱故障诊断方法.首先对齿轮箱升降速瞬态信号进行时域同步采样,再对时域信号进行等角度重采样,转化为角域平稳信号,然后对角域信号进行角域平均和带通滤波,以消除干扰噪声的影响,最后由Teager能量算子计算振动信号的瞬时频率和瞬时幅值,根据瞬时频率和瞬时幅值图,就可提取齿轮的故障特征.通过对齿轮齿根裂纹故障试验信号的分析,表明该方法能有效地诊断齿轮的裂纹故障.     

铣削508Ⅲ钢硬质合金刀具敏感性分析

508Ⅲ钢材料应用于核岛AP1000蒸发器水室封头中,是一种高强度、高硬度和高断面收缩率的低碳合金钢。硬质合金刀具在切削508Ⅲ钢时,会产生较大的切削力以及切削振动,从而影响刀具使用寿命。本文进行硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢试验,探究切削力以及切削振动信号对刀具磨损敏感性的变化趋势的影响,并运用互相关函数分析切削力以及切削振动信号对硬质合金刀具磨损形态的敏感程度。试验结果表明:切削力较切削振动相比,对刀具磨损形态的影响较大,并在切削速度为298m/min时,切削力、切削振动对刀具磨损形态互相关程度较高。为进一步研究通过切削力等信号检测刀具磨损状态提供试验及理论参考。     

硬质合金刀具的刃磨与实践

硬质合金的显微硬度值可达13 000～18 000 N/mm2,当用碳化硅砂轮刃磨硬质合金刀片时,由于碳化硅显微硬度仅为32 000～34 000 N/mm2,所以磨粒极易钝化,导致磨削过程中的热量剧增,而硬质合金的导热性差,使硬质合金的磨削表面瞬时高温可高达1 100℃以上,且硬质合金在室温状态几乎没有塑性,不能通过本身的塑性变形消除热应力,所以,当硬质合金磨削表面上产生的局部热应力值超过了强度极限时,则产生细微的网状裂纹,使硬质合金的抗弯强度降低约50%,切削强度下降约70%.为此,合理掌握刃磨硬质合金刀具技术是十分重要的,经实践分析,提出了适用的综合刃磨法工艺.下面就介绍通用刃磨工艺和综合刃磨法工艺及2种刃磨效果的对比.     

改进的HHT方法在旋转机械不对中故障特征提取中的应用

HHT(希尔伯特-黄变换)能够将振动信号分解为有限的具有实际物理意义的模态分量,并由此可对机械故障信号进行特征提取,但噪声的干扰对分解过程和分解结果影响却很大。针对这一不足,本文提出了先利用小波变换技术对含噪故障信号进行消噪处理,再作HHT分析的方法;利用此方法对实测的不对中振动信号进行了故障特征提取和分析。结果表明,该方法克服了直接运用HHT分解方法由噪声带来的不必要的干扰,提高了参数提取的准确性,并由此提高了机械故障诊断率。     

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。