电泳砂轮形成及磨削机理研究

介绍了超微细磨粒的电泳特性，并利用该特性试验研制一种新型的高密度低结合度超微细磨粒动态电泳砂轮，分析了电泳砂轮形成过程，从不同角度对电泳砂轮磨削机理进行了分析研究。     

电泳砂轮形成及其磨削应用研究

微细磨粒砂轮的试验研究是当前砂轮试制的主要发展方向。对超微磨粒电泳效应的特性进行了研究，利用该特性研制了一种高密度、低结合度的电泳砂轮，并对脆性材料进行磨削加工。试验结果表明，电泳砂轮能十分显著地降低工件表面的粗糙度。     

多粒度号氧化铝砂轮形貌特性参数评价

采用激光位移传感器检测氧化铝砂轮的三维形貌,获取砂轮局部表面形貌模型,评价了多粒度号的氧化铝砂轮的特性参数。对磨削加工前后,不同粒度号砂轮表面形貌的磨粒密度、出刃高度、有效出刃高度等特性参数进行研究,并拟合出氧化铝砂轮出刃高度分布曲线。结果表明,砂轮单位面积上的磨粒数、磨粒高度以及磨粒间距均具有不均匀性。相同粒度号的砂轮磨粒密度变化与组织号相符,相同粒度号的砂轮硬度与磨削前后的磨粒密度差值成反比。磨削前后的磨粒出刃高度分布均近似为正态分布。有效出刃高度与砂轮的粒度号成反比,与砂轮硬度成正比。     

磁流变效应微砂轮的磨粒半固着机理研究

针对磁流变效应微砂轮抛光工艺,理论分析了磁流变效应磁链对磨粒的有效约束使磨粒处于半固着状态的机理。建立了磨粒受磁链约束的模型,研究了磁流变工作液中磨粒的种类、大小、形状和体积分数等特性对磨粒半固着状态以及所形成的磁流变效应微砂轮性能的影响。进行了磁流变效应微砂轮加工沟槽实验,分析了磨粒特性对材料去除率的影响,实验结果与理论分析相吻合,表明所建立的磁流变效应微砂轮磨粒半固着理论是正确的。     

低浓度陶瓷CBN砂轮有效磨粒统计及磨削性能研究

为探究低浓度陶瓷CBN砂轮表面有效磨粒对砂轮磨削性能影响规律,首先建立了静态有效磨粒比模型,并提出有效磨粒检测统计新方法,然后选择不同浓度、不同粒度砂轮开展磨削试验研究。试验结果表明:降低磨粒浓度可提高静态有效磨粒比,提高磨料利用率,但磨粒浓度低于30%时则砂轮磨削性能恶化;升高磨粒浓度可增加静态有效磨粒数,提高砂轮切削能力,但磨粒浓度达到70%以上则砂轮磨削性能无法进一步提升,且严重降低砂轮性价比;不同粒度的低浓度砂轮,在相同条件下,细粒度砂轮可发挥更优磨削性能。     

电泳技术在脆性材料磨削中的应用

利用超微磨粒的电泳特性，在加工过程中使超微磨粒向工具泳动并沉积在工具表面，形成一动态的超微磨粒层，对脆性材料表面进行精密加工。本文介绍超微磨粒层的形成机理和特性，并通过对硅片进行电泳磨削的实验数据，看重讨论该技术的工艺特性及其对脆性材料加工质量的影响。研究结果表明，该加工技术能明显地降低被加工表面的粗糙度。     

不同磨具在电泳磨削中的应用

本文介绍了基于超微磨粒电泳效应的磨削加工机理，着重分析不同材料特性的磨具对电泳磨削效果的影响。通过对半导体硅片的电泳磨削试验，表明弹性模量小的磨具能更有效地降低工件表面粗糙度。     

35—80m／s条件下单颗磨料磨削的试验研究

本文介绍了在不同速度条件下进行单项磨粒磨削的一些试验结果，揭示了砂轮速度对磨粒切削时工件材料隆起量的影响规律。     

金刚石型面约束的自由磨粒挤磨修整超硬磨料砂轮方法

针对超硬磨料砂轮存在修整困难的问题,基于金刚石和普通材料在强度上存在巨大差异的特点,提出了一种在金刚石型面约束下将磨粒挤压和修磨相结合的修整方法,其基本原理是:表面有精密形状的金刚石工具通过高速旋转生成具有约束能力的高强度型面,型面通过约束自由磨粒对被修砂轮产生挤压划擦作用破坏砂轮结合剂完成砂轮高效修形,同时通过修整工具高强度金刚石磨料的微研削作用对被修砂轮型面进行进一步精密修磨。对约束型面的形成及自由磨粒在型面约束下挤压和研削作用机制进行了分析,并介绍了挤磨修整系统的构成和特性,对修整力、修磨速度和自由磨粒等参数影响规律进行了初步试验探索,结果表明,自由磨粒型面约束下的挤压能够实现超硬磨料砂轮的快速成形精密修整。     

35～80m/s 条件下单颗磨粒磨削的试验研究

本文介绍在不同速度条件下进行单项磨粒磨削的一些试验结果，揭示了砂轮速度对磨粒切削时工件材料隆起量的影响规律。     

软固结气压砂轮磨粒磨损研究

为解决自由曲面高效光整加工的问题,将软固结气压砂轮光整技术应用到模具加工中。软固结磨粒群在磨削时能受到柔性支撑,其磨削特性既不同于砂带,也不同于游离磨粒,然而气压砂轮有效加工的时间很短,磨损情况较为严重。针对这一情况,开展了软固结磨粒群磨粒的磨损过程及磨损机理分析,通过实验分别对气压砂轮自转速度ω、气压砂轮下压量d以及磨粒种类等与气压砂轮磨粒磨损之间的关系进行了研究和评价,并对不同种类磨粒的磨损表面进行了观测。研究结果表明:软固结磨粒磨损可以分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和严重磨损阶段;磨粒的磨损随着气压砂轮自转速度ω和下压量d的增大而变得严重,但是当气压砂轮自转速度ω增加到某一定的值时,磨粒的磨损反而会下降。     

杯形CBN砂轮端面磨削的自锐过程分析及磨削效果改善

以曲线沟槽的磨削加工为目的 ,本文对金属结合剂杯形小直径 CBN砂轮端面磨削沟槽底面时的砂轮自锐 (Self- dressing)过程进行了研究。金属结合剂杯形小直径 CBN砂轮的自锐行为表现为磨粒磨损后的破碎产生新切削刃 ,磨钝磨粒的脱落和砂轮结合剂被磨屑去除产生新磨粒 ,保持了砂轮工作面上磨粒密度的相对稳定 ,维持了砂轮的锋锐性。通过提高砂轮硬度以期减缓磨粒脱落 ,增加单个磨粒的服务期限 ,试验结果表明已加工表面粗糙度 Rz小于 3.5 μm,砂轮磨损减小了 40 % ,磨削过程稳定 ,取得了良好的磨削效果     

单颗磨粒超声ELID复合磨削试验研究

基于超声ELID复合磨削的运动特性建立简单的超声ELID复合磨削模型,并对砂轮表面的磨粒在内圆磨削过程中的运动特性进行了系统分析。根据磨粒的运动特点建立了单颗磨粒运动轨迹的数学表达式,并应用MATLAB软件建立了单颗磨粒运动轨迹模型,重点分析了单颗磨粒运动轨迹在内圆磨削过程中对工件材料去除率及工件表面质量的影响。采用对比试验加以分析,对Zr O2陶瓷分别进行了超声ELID复合磨削和普通ELID磨削,试验结果表明超声ELID复合磨削较普通ELID磨削具有更高的加工效率和良好的表面质量。     

应用环形磁场控制的微粉砂轮制备及其磨削性能

在超精密磨削中,金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要,为了使微粉磨粒规则排布,提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法,制备了多种金刚石微粉砂轮,使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明:应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布,极大改善砂轮加工性能,利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。     

CBN砂轮超声振动修整试验研究

对金刚石笔辅助超声振动修整法修整CBN砂轮进行试验研究。试验结果表明超声振动修整对调节砂轮表面形貌非常有效。振动修整的砂轮,其表面静态有效磨粒数多于普通修整,磨粒特征亦优于普通修整,并且不同超声频率修整条件下,砂轮表面静态有效磨粒数随着修整导程的增加而减少,随修整切深的增大呈下降趋势。选择合理的参数,采用超声振动修整,可以实现CBN砂轮的精密修整。     

基于数值建模的砂轮形貌仿真与测量

建立球形磨粒在空间随机运动的数学模型,提出创建三维砂轮数值模型的方法。提取仿真砂轮的表层磨粒以生成虚拟砂轮形貌,依据振动模型确定的磨粒中心坐标,将球形磨粒转化为不规则六面体进行统计分析。以单点金刚石笔为修整工具,建立修整模型并将其引入砂轮形貌生成过程之中。利用激光传感器测量实际砂轮形貌的磨粒分布规律,并将试验统计数据与同特征的仿真结果相比较,分析两结果之间的区别和联系。通过计算磨粒突出高度、磨粒间距等评价参数,讨论砂轮形貌修整前后的差异,测量和仿真的结果表明：在初始砂轮形貌中,磨粒突出高度呈正态分布,修整后则近似均匀分布,大部分磨粒间距分布在0.2～0.6 mm,为进一步探讨砂轮形貌对磨削工件的影响提供了依据。     

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。     

轴向超声辅助单颗CBN磨粒切削运动分析及切削力试验研究

为了研究CBN磨粒砂轮在轴向超声振动条件下的磨削特性,通过轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削试件的试验,以磨削力为研究对象,研究了轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削力,从微观角度进行磨粒的运动分析。研究表明:轴向超声辅助条件下的切削力,无论是单颗磨粒所受的法向力F_n还是切向力F_t的值均小于普通条件下的切削力。轴向超声振动辅助条件下单颗CBN磨粒切削运动轨迹是由刀具围绕工件的旋转运动和刀具的高频振动复合而成,其轨迹整体符合正弦曲线轨迹。通过正交试验得出,在一定条件下,轴向超声辅助下的切削力随磨粒切削速度、磨削深度的增大而增大,普通加工中随磨粒大小的增大而增大,超声加工时随磨粒增大有先增后减的趋势。此次试验研究对后期整个CBN砂轮在超声辅助条件下磨削的研究以及CBN砂轮的制备方面都有一定的意义和价值。     

精磨时单磨粒的磨损

本文叙述了单磨粒磨损试验研究的结果。在飞铣状态下进行磨粒试验,磨粒装在金属盘的周边上,代替砂轮工作。实验结果发现,磨损率与切削长度成正比,并随工件硬度、砂轮速度和未变形切削厚度的增加而增加。对用较硬磨粒观察到的较大磨损率提出了有可能性的解释。实践表明,高速磨削能获得较高的效率。     

新型小直径端面CBN砂轮开发及其磨削性能研究

基于电镀小直径端面CBN砂轮磨削沟槽的试验结果,为减小沟槽底面与侧面过渡圆弧半径,开发了一种新型小直径端面CBN砂轮,在试验研究其磨削性能的基础上提出了改善措施,取得了良好的磨削效果。新型端面CBN砂轮加工沟槽的过渡圆弧半径达到0.2mm以下,比电镀CBN砂轮减小60%以上。新型端面CBN砂轮磨削过程中,由于有效CBN磨粒发生的后面磨损及其破碎,使磨粒切削刃凸出高度降低,而砂轮表面所有CBN磨粒均先后依次成为有效磨粒,因此提高单个CBN磨粒的耐磨性和韧性,减小破碎,是提高新型CBN砂轮寿命的有效措施。选用多晶强韧的CBN磨粒(通用电器GE550型产品)使砂轮寿命提高到了原来的6.75倍。