超高速磨削技术在压缩机螺杆螺旋面加工中的仿真技术研究

主要介绍了超高速磨削技术对螺杆螺旋曲面进行精加工的优越性,通过分析复杂螺旋曲面的工艺过程,建立转子螺杆的数学模型,通过计算机仿真技术,模拟出螺杆超高速磨削的加工过程,分析超高速磨削过程中磨屑的形成规律及工件的表面成形机理,对螺杆曲面的超高速磨削精加工进行进一步的研究有一定参考价值。     

超高速磨削冲击成屑机理试验研究

根据超高速冲击理论,从磨粒与工件材料碰撞的角度研究了超高速磨削现象。为研究在超高速磨削条件下的磨屑形成机理,使用真实的人造金刚石和CBN颗粒作为磨料,将其粘接在7.62 mm的子弹头部,利用81式步枪作为加速、加载装置,分别对碳素钢、天然大理石、弹簧钢和高速工具钢四种材料进行了720 m/s的超高速冲击磨削试验,得到了若干有价值的超高速磨削的试验结果,并对试验结果进行了详细的分析。试验结果表明,在超高速冲击作用下,弹着点会产生瞬间高温,达到或超过材料的熔点,从而使子弹与钢板相接触区域的材料形成流动相,流动物质在磨粒和冲击波的作用下离开基体而形成磨屑。由此发现了超高速磨削冲击成屑现象,从更深的层面研究和揭示了超高速磨削的成屑机理,验证了“超高速磨削准流动相冲击成屑模型”的正确性。     

纳米磨削磨屑形成分子动力学仿真研究

采用分子动力学方法模拟了金刚石磨粒对单晶铜工件的纳米磨削过程。基于模拟结果分析了工件在磨削过程中应力及温度的变化,并据此建立了纳米磨削工作模型,研究了纳米磨削过程中磨屑的形成机理。模拟结果发现,磨粒在较大的压力作用下,磨削后工件表层有一定深度的形变产生,并存在{1 1 1}晶面滑移形变。     

超高速磨削冲击成屑模型构建与机理研究

建立了脆性材料压痕实验的理论模型，分析了脆性材料压痕实验条件下的比能，给出了单颗磨粒总比能计算公式。对脆性材料进行了超高速磨削实验，并对实验结果进行分析，得出了超高速冲击条件下，脆性材料可以产生塑性流动破坏的结论。根据实验结果，建立了超高速磨削冲击成屑模型，分析了超高速磨削条件下磨屑形成的基本原理，提出了超高速磨削条件下磨屑形成的新构想。     

纳米加工分子动力学仿真应用及实例

详细介绍了国外分子动力学仿真技术在纳米加工中的应用情况.合理选择了超高速纳米磨削单晶铜和单晶铝的分子动力学仿真势函数,进行了纳米磨削分子动力学仿真实验,并对仿真结果进行了分析和研究,得出了超高速纳米磨削单晶铜和单晶铝时工件所能获得的极限表面粗糙度值,预测了超高速纳米磨削单晶铜时工件表面变形层的极限深度和所能达到的极限加工精度.     

超高速磨削的比磨削能研究

阐述了超高速磨削的机理，介绍了磨削中的尺寸效应和比磨削能。对超高速磨削条件下比磨削能的影响因素进行了分析，得出了在超高速磨削下，比磨削能与未变形的磨屑厚度的关系。同时，比磨削能随工作台速度、磨削速度、实际磨削深度以及材料的去除率的增加而降低，而良好润滑的磨削液可使比磨削能保持在低水平，在同样的磨削参数条件下，工件的材料对比磨削能也有一定的影响。采用超高速磨削，对改善磨粒的切削状态，降低比磨削能是非常有利的。     

基于ABAQUS的单颗磨粒磨削GH4169高温合金有限元分析

通过建立单颗磨粒磨削模型,采用ABAQUS软件对GH4169高温合金的磨削过程进行有限元仿真,探究单颗磨粒在不同参数下对GH4169高温合金工件磨削过程的影响。研究表明：磨粒从切入工件后到切出工件前,磨削力稳定波动,且与磨粒前角和磨削深度显著相关,切向磨削力随着磨粒前角增大而显著减小,随着磨削深度的增大而显著增大;最高磨削温度出现在磨粒切入工件的时刻,且与磨粒前角、磨削深度和磨削速度相关;磨粒前角对磨屑的形状影响显著,磨粒前角越大,磨屑越难排出,磨削速度对磨屑的形状影响较小,磨削深度影响磨屑的厚度和长度。     

磨削条件对45钢最大磨削淬硬层深度的影响

以磨削淬硬实验为基础,研究了单程磨削淬硬过程中磨削深度、工件进给速度对淬硬层深度的影响;同时通过建立最大磨削淬硬层深度的计算模型并结合Matlab软件的数值仿真功能,对45钢最大磨削淬硬层深度进行模拟仿真。结果表明:最大磨削淬硬层深度随着磨削深度的增加或者工件进给速度的减小而增加;采用Matlab对最大磨削淬硬层深度进行数值仿真得到的结果与实验结果吻合度较高,通过建立适当的数学模型可以有效地预测最大磨削淬硬层深度。     

单晶铜原子力显微镜加工过程亚表面变形层的分子动力学仿真

建立了原子力显微镜针尖切削单晶铜的三维分子动力学模型,采用嵌入原子势模拟工件原子之间的作用,采用Morse势模拟工件原子和刀具原子之间的作用.研究了工件材料的不同晶向和刀具切削方向、切削速度对工件亚表面变形层深度的影响.引入了原子势能变形判据,通过分析不同变形区域内原子的势能变化判断工件变形程度.观察了不同切削状态下亚表面原子势能的变化,发现工件材料晶向和切削方向对亚表面变形层深度有着显著影响.在切削速度为20～250 m/s范围内,切削速度对亚表面变形层深度没有影响.     

超高速点磨削中切削速度对工件残余应力的影响

结合超高速切削中能量分配的基本原理,得出切削速度与工件残余应力的关系,将超高速点磨削的模型进行转化,形成单个磨粒切削的几何模型,利用Abaqus/Explicit有限元法对切削过程进行仿真.得出已加工表面的残余应力随磨粒切削速度改变和深度改变的变化情况,为超高速点磨削实现高精度加工奠定理论基础.     

旋转锉四坐标数控刃磨技术的研究

在天津大学研制的五坐标旋转锉刃磨机床的基础上 ,研究了旋转锉的四坐标数控刃磨技术。首先分析了四坐标数控刃磨旋转锉的可行性 ,然后通过运动分析建立了旋转锉的刃磨运动模型 ,最后通过多坐标联动控制实现旋转锉的实际刃磨     

凸轮轴磨削加工速度优化调节与自动数控编程研究

为进一步提高凸轮轴的加工精度、表面质量和加工效率,根据X-C轴联动磨床的运动原理,建立了凸轮轴恒线速加工理论数学模型,依据该数学模型采用三次样条拟合插值法,建立了凸轮转速优化调节的数值计算模型。结合具体凸轮轴零件及其磨削加工工艺方案的具体参数,计算出机床各运动轴加工过程的运动数据,在确保无工艺故障的前提下,最终把各轴的运动数据自动转换为对应数控控制系统的数控加工程序,从而实现了凸轮轴磨削的自动数控编程。最后在CNC8312A数控高速凸轮轴磨床上,对钱江32F型号凸轮轴的进气凸轮和排气凸轮分别进行磨削加工试验,得到了预期加工效果。试验验证表明,该加工速度优化调节及其自动数控编程方法在理论上和实践上都是可行的,完全满足实际生产的需要。     

一维斜向超声振动辅助磨削滚动轴承钢工艺及试验研究

针对目前只有一维轴向、一维切向等振动方向不变的一维超声振动辅助磨削的情况,首次提出了一维斜向超声振动辅助磨削工艺方法。利用MATLAB对一维斜向超声振动辅助磨削磨粒的运动轨迹进行了模拟分析。建立了超声振动试验系统的动力学模型。通过对超声振动工作台的模态分析,研制了一维斜向超声振动辅助磨削试验系统,对不同角度下超声振动辅助磨削滚动轴承钢的磨削力及表面粗糙度值进行了研究,探究了磨削力及表面粗糙度值随超声振动方向的变化规律。多次试验结果表明,超声振动角度为67.5°附近的表面粗糙度值明显优于其他角度的表面粗糙度值,磨削力也有减小。对正交试验结果的极差分析得出：当超声振动角度为67.5°、砂轮速度为20m/s、工件速度为0.5m/min以及磨削深度为4μm时,加工后的工件表面粗糙度达到最低值,其中工件速度是影响表面粗糙度的最重要工艺参数。     

非球面平行法磨削技术研究

文中针对硬脆材料非球面光学元件平行法磨削技术进行了研究,从加工原理上分析了平行法磨削技术不同于传统非球面磨削技术的特点,并通过几何关系建立了两轴联动非球面平行法磨削加工时球头砂轮运动模型,为非球面平行法磨削加工系统结构设计和数控系统轨迹计算奠定了基础.     

6061-T651铝合金单颗磨粒磨削仿真

通过简化并建立单颗磨粒磨削模型,采用ANSYS LS-DYNA进行对6061-T651特种铝合金磨削过程的理论研究和仿真分析,总结了单颗磨粒的磨削速度、磨削深度等工艺参数对磨削力大小以及磨屑的影响。研究表明:随着磨削速度的增加,单个磨料颗粒的磨削力减小,并且递减速率呈先增大后减小的趋势;而磨削深度的增加则会使单个磨料颗粒的磨削力增大,且递增速率逐渐减缓。磨削过程中,磨屑形状受加工参数的影响,其中,磨削深度对磨屑形状的影响比磨削速度对磨屑形状的影响更大。     

往复运动速度规划算法对曲线磨削的影响研究

往复加工常见于磨削和刨削等金属切削中,加工过程的平稳性直接影响到产品的加工质量、能源效率乃至机床的寿命。首先探究往复(冲程)运动速度规划对运动过程平稳性的影响,在分析了常见速度规划运动学性能的基础上,针对磨削冲程运动的特点,提出通过改变急动度空间分布来降低柔性冲击对加工表面质量的影响,并设计了两种基于急动度连续的速度规划算法。在此基础上,研究了速度规划算法和磨削力平稳性、加工表面粗糙度和加工能耗间的关系,提出了通过改变加速度空间分布来降低加工能耗的方法。试验结果表明,往复运动速度规划和磨削力平稳性、加工表面粗糙度以及加工能耗均相关,通过改变急动度和加速度空间分布提高了磨削力平稳性和加工表面质量,降低了加工能耗。所提出的Ⅱ型速度规划综合表现优于其他规划,与梯形速度规划相比,切削力波动、加工表面粗糙度和电机驱动能耗均有较为显著的下降。     

MW级风力机液压变桨机构运动特性的分析

对MW级风力机液压变桨机构进行分析简化、运动学建模,并利用MATLAB软件进行可视化仿真,其结果表明该机构能够准确地实现0°～90°的桨距角变化。液压缸匀速运动阶段,机构变桨加速度比较小,液压缸变速阶段,机构变桨加速度比较大。对机构运动学建模时,将液压缸简化为带速度参数的滑块,并按照液压缸运动的先后次序分步建模的方法证明是可行的。     

磨粒簇叶序排布砂轮外圆磨削凹坑结构化减阻表面的仿真

机械零件表面结构化能够起到减阻耐磨的作用,磨削加工能够有效地加工出规则的结构化表面,基于此,依据生物学叶序排布原理设计了磨粒簇叶序排布砂轮并建立了数学模型。为探讨磨粒簇叶序排布砂轮磨削外圆结构化表面的形成机理,建立了磨粒的运动方程并讨论了实现结构化表面的磨削条件,利用MATLAB仿真了不同转速比γ和叶序参数h,以及磨削深度ap下工件结构化表面的形貌特征;仿真结果表明,转速比γ越大、叶序参数h越小工件周向凹坑数目就越多;磨削深度ap越大,凹坑的周向尺寸越大。     

基于分子动力学的单晶硅压痕过程计算机仿真研究

对单晶Si的压痕过程进行了分子动力学模拟.采用Morse势函数描述原子间的相互作用,以牛顿方程建立力学运动方程,使用改进后的Verlet算法解原子运动轨迹,通过对MD仿真结果的分析研究,将压痕过程分为三个特征阶段,即初期弹性变形阶段、中期塑性变形阶段及非晶层形成阶段.并从原子角度分析了压痕过程中原子间势能、磨削力的变化、应力状态、磨削温度等特征,解释了微观材料的去除和表面形成机理.     

陶瓷CBN砂轮地貌建模与磨削仿真

针对砂轮表面上磨粒形状的不规则性、尺寸的不确定性以及分布的随机性特点,采用随机空间平面切分实体的方法生成了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体磨粒;提出了虚拟格子法,实现了磨粒空间位置的随机分布,构建了陶瓷CBN砂轮地貌仿真模型;采用有限元法和光滑粒子流体动力学法的耦合方法进行了砂轮地貌模型磨削仿真,通过切削层SPH粒子的运动情况,分析了磨粒的切削机理及工件表面的创成机理。