定向凝固镍基高温合金叶片榫齿高效深切成型磨削

针对定向凝固镍基高温合金DZ125叶片榫齿,采用电镀成型CBN砂轮对其进行了高效深切磨削(High efficiency deep grinding,HEDG)试验,对磨削比能及工件表面完整性进行了分析。结果显示,在保持速比(vs/vw)不变时,提高磨削速度vs可有效降低磨削比能,提高平均材料去除率。磨削比能表现出"尺寸效应",其值最终稳定在40~60J/mm3之间;在相同的平均材料去除率下,磨削比能随着磨削深度的增大而上升;在相同的单颗磨粒切厚下,磨削深度的差异对磨削比能的影响较小。对试验中最大平均材料去除率下获得的工件表面质量进行分析发现,已加工工件表面不同区域磨削纹理均很清晰,无皱叠及犁沟两侧翻起等现象;表层金相显微组织基本无变化,未发现相变、撕裂及晶粒扭曲现象;工件表层加工硬化程度为7.7%~19%,深度为40μm。结果显示了HEDG在高效磨削DZ125叶片榫齿中推广应用的潜力,并为其实际生产中磨削参数的选择提供了参考。     

碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮对磨削SiC的材料去除机理的影响

碟轮修整方法可以实现对单层钎焊金刚石砂轮的精密修整,改善磨粒等高性,提高加工表面质量。为了探究此种修整方法对磨削SiC陶瓷的材料去除机理的影响,建立了砂轮修整量与单颗磨粒最大切厚之间影响关系的理论模型,并且进行了单层钎焊金刚石砂轮的碟轮修整实验,在修整过程中又进行了SiC陶瓷的磨削实验。从砂轮磨粒形貌及磨削表面形貌角度对磨削过程中的材料去除机理进行了研究。结果表明,碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮增加了砂轮表面动态有效磨粒数,减小了单颗磨粒最大切厚,使SiC陶瓷的材料去除方式从修整前的脆性断裂转变为塑性变形,最终实现了SiC陶瓷的延性域磨削。     

钎焊金刚石套料钻CFRP制孔研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)中高硬度碳纤维易加速孔加工钻头的磨损,导致加工质量变差。采用钎焊金刚石套料钻加工CFRP不仅可提高钻头的耐磨性,加工质量也得到了改善。为更好地优化提高套料钻加工性能,试验采用有序排布的金刚石磨粒制作钎焊套料钻,尝试通过改变磨粒数量来调整单颗磨粒切厚大小,对相同工艺参数下不同单颗磨粒切厚对钻削轴向力、孔壁粗糙度以及出入口质量的影响进行了研究。建立了金刚石磨粒的运动模型,并分析了套料钻制孔中已加工表面的形成过程。试验结果与分析表明:制孔质量与容屑空间和单颗磨粒切厚有关。在容屑空间充足的情况下,随着单颗磨粒切厚的减小,轴向力减小,制孔质量提高。     

磨削加工的计算机模拟技术

由于磨粒形状和分布的随机性,使得预测磨削加工的结果难以实现。计算机模拟作为一种预测技术可望使磨削过程得到控制。本文从单颗磨粒出发利用计算机模拟技术来研究磨削加工过程。首先建立了砂轮地貌、磨削运动的描述、磨削力、磨削温度和砂轮磨损等模拟模型。在此基础上,在HP-1000小型机上开发了模拟软件。该软件能根据输入的磨削条件来模拟磨削加工过程,并以图表和曲线形式输出磨削结果。输出参数除了磨削基本参数外,还包括磨削力和磨削功率、表面粗糙度、磨削温度和砂轮的径向磨损等。最后把模拟结果与实验结果进行了比较,比较结果表明两者基本一致,这证明了模拟技术对磨削机理的研究和磨削结果的预测是行之有效的。     

单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术

脆性材料磨削加工中容易出现表面亚表面损伤等质量问题,而且加工效率较低,这已经成为脆性材料产品大规模商品化生产的瓶颈。本文提出了一种新的工艺构想,即采用磨粒有序排布的砂轮及其精细的修整工艺实现单颗磨粒切厚均匀化,使得每颗磨粒都处于脆性材料的延性加工状态,从而实现脆性材料的延性域磨削。基于此构想,制作了磨粒有序排布的单层钎焊超硬磨料砂轮,并进行了一系列的修整和磨削试验,最后实现了氧化锆陶瓷的延性域磨削。实验证明该工艺方法可行,有效且可操作。     

平面磨削时表层质量过程监测参数的实验研究(2)——磨削表层应力状态的过程监测和预报

磨削表面残余应力状态是影响许多机器零件使用性能的重要表面特性之一。但它极难在磨削过程中进行监测和判断。 在平面磨床上进行大量16MoCr5表面硬化钢的磨削试验证明,磨削表面残余应力σ_Ⅱ与单位面积磨削功率P″_c及磨削力比F_n/F_t间存在很好的函数对应关系,在实验数据的基础上应用回归分析的方法建立了用过程特征参量计算表面残余测定仪应力的实验公式。当P″_c:未超过第二临界值P″_(cⅡ)时,用残余应力模型所计算的数值与由X射线应力测定仪测定的数值相符合。而在超过该临界值P″_(cⅡ)的情况下,由于磨削烧伤引起表面产生二次淬硬层其至裂纹,这时计算所得的高的拉应力值不就能在工件表面测得。 综合本研究课题的第一部分及本文的结果表明,单位面积磨削功率P″_c和磨削力比F_n/F可以作为磨削过程监测和预报表层质量的可靠的过程特征参量应用于生产实践。     

单层钎焊砂盘磨粒分布有序性研究

对亲型非砂轮磨削工具－－单层钎焊砂盘的硬质合金磨粒在基体上的分布进行了初步研究，砂盘作为一种手握粗磨削工具，降低磨削力是最重要的，文中借鉴砂带及单层高温钎焊超硬磨料砂轮的一些研究，提出了砂盘的磨粒在基体上有序性分布的概念，将此概念应用于砂盘钎焊制造工艺上，在相同的制造工艺和磨洵深度条件下，对得到的磨粒有序性及无序性分布的砂盘进行了磨削对比实验。结果表明，砂盘磨粒的有序性分布能显著降低其磨削力。此概     

平面磨削时表层质量过程监测参教的实验研究(1)——磨削表层金相组织状态及烧伤的过程监测和预报

磨削过程中零件表层物理特性如金相组织、表面残余应力、磨削烧伤等的过程监测是为确保零件制造质量的重要课题,但目前尚难于在生产过程中实现。 在平面磨床上进行大量磨削16MoCr5表面硬化钢的试验后发现,单位面积磨削功率P″_c与砂轮—工件接触区最高平均温度T_(max)间有极好的函数对应关系。而磨削表层金相组织状态和发生烧伤主要决定于接触区的温度,因而可以应用相对容易测量计算的单位面积磨削功率P″_c来识别这些状态。如果P″_c没有超过某一特定的临界值P″_(cⅠ)时,磨削表层保持正常的针状马氏体组织。在超过P″_(cⅠ)的情况下,切向磨削力的斜率增加,当P″_c又超过第二临界值P″_(cⅡ)后,磨削表面由于烧伤而出现了变色层,表层金相组织和显微硬度证实了工件的这些不同的情况。试验结果表明,单位面积磨削功率P″_c,可以作为磨削过程监测和预报表层金相组织状态和磨削烧伤的可靠的过程特征参量,在生产实践中应用。     

杯形砂轮精密磨削WC-Co涂层的磨削力

使用杯形砂轮进行磨削,可以获得较高的加工效率和表面质量.但由于杯形砂轮的平面磨削方式与普通外圆砂轮平面磨削存在差异,故传统的磨削力建模不适合杯形砂轮的平面磨削.为了从本质上解释杯形砂轮磨削力的各种现象,本文对杯形砂轮的磨粒切削过程进行了分析,提出了杯形砂轮有效磨削宽度的概念,分析了杯形砂轮磨削陶瓷涂层时的磨削力,建立了杯形砂轮精密磨削陶瓷涂层磨削力的理论公式.磨削力工艺试验结果验证了理论公式的有效性和正确性.     

环形热管砂轮强化磨削弧区换热研究

磨削过程中,在超过临界值的高磨削热流密度下,即使有再多的磨削液进入弧区也无济于事,因为磨削液既已处于成膜沸腾状态,由于工件表面所覆盖的汽膜层的阻挡,磨削液很难真正起到换热作用,如不及时采取相应的措施,工件必定很快发生烧伤。本文结合热工领域的换热技术,提出一种基于热管技术强化磨削弧区换热的全新构想,并在此基础上研制了新型的环型热管砂轮,以大幅提高弧区临界热流密度。最后,分别使用环形热管砂轮和普通砂轮进行磨削测温试验,验证了环形热管砂轮高速疏导磨削热,降低磨削温度,从而提高材料去除率的巨大潜力。     

Development and Prospectives of Ultra-High-Speed Grinding Technology

Ultra-high-speed grinding(UHSG)is a significant and powerful machining method in view of the enhanced productivity and precision demands.Previous researches regarding formation mechanisms and crucial technologies are comprehensively and thoroughly summarized to highlight state-of-art technology of UHSG.On the basis of the interdependence between process and machine innovations,theoretically,grinding mechanisms in strain hardening,strain rate strengthening,thermal softening,size effect and process characteristics need more in-depth studies to clarify the dominance of UHSG.Technically,CFRP wheel integrating with the brazed bonding has a prominent advantage in bonding strength and grit′s configuration over vitrified bonding,which would be superior in UHSG.Furthermore,external high pressure cooling combining with inner jet cooling methods,accompanied by scraper plates to alleviate the effect of air boundary,are crucial and practical measures for realizing effective cooling in UHSG.Grinding processes,especially those being related to grinding parameters and precise in-process measuring approaches,are also prerequisite for fitting and investigation of UHSG.     

缓磨时工件烧伤过程的计算机仿真研究

在关于缓磨时的磨削热、接触弧区换热过程以及工件表层非稳态温度场的深入研究的基础上构造了一个可用于计算工件表层温度场畸变历程的数学模型，并据此完成了缓磨时工件烧伤过程的计算机仿真研究。仿真结果与缓磨时的实际烧伤过程吻合良好。本文率先阐明了缓磨烧伤的热机理，并证实了缓磨烧伤是一典型的渐变过程，它有明显的前兆特征，因而是可以被预报和控制的。此项创造性工作可以被看作是对磨削基础理论的一项重要贡献。     

基于遗传算法的高速磨削用量的优化

在满足所要求的加工精度的前提下，高效率一直是磨削生产追求的目标。用遗传算法对高速磨削用量进行优化，可解决这个非线性问题，并且速度快，不易陷入局部最优解，可满足高生产率的要求。优化结果表明，生产率可提高８．３％，体现了这种算法的可行性     

缓进深磨的温度特征与烧伤机理

缓进深磨作为一项新工艺目前仍处在机理研究落后于生产应用,其潜力尚不得充分发挥的阶段。以与制件烧伤直接相关的缓磨温度的研究为例,国外一直存在着多种相矛盾的观点,且认为缓磨烧伤系瞬间发生因而难于预报和控制。本文在解决测试方法完善实验技术基础上,对缓磨时接触弧区的温度分布及其变化特征作了充分研究,所提供的烧伤前后弧区制件表面温度的时空分布图,在阐明缓磨时的温度特征与烧伤机理上具有重要的理论价值。另外,实验得出的缓磨烧伤是具有足够长时间的典型缓变过程的结论,对在实际生产中预报和监控烧伤亦有指导意义。     

模具复磨磨削裂纹的探讨

本文较全面地分析了模具复磨时磨削裂纹产生的原因和防止模具复磨时产生裂纹的措施，在实际中对提高模具的使用寿命、降低生产成本具有指导意义。     

磨削弧区强化换热装置的改进

分析了难加工材料磨削弧区强化换热的机理；指出了磨削烧伤主要是由于弧区热密度达到临界点时，磨削液发生成膜沸腾无法进入弧区，热量无法疏导致；在分析现有换热方法存在的不中的基础上，提出了在磨前弧区引入径向高压水射流冲击强化换热技术开发高效磨削潜力的创新构思；创造性地设计了径向定向高压射流冲击强化换热方法和装置，该方法能有效冲破汽膜的阻挡，使磨削液顺利进进入弧区，把热量带走，取得了较好的实验结果，具有较高的应用价值。     

K417合金缓进磨削烧伤表面形貌及形成机理

本文在严格控制的实验条件下,建立了磨削弧区温度同试件表面烧伤色之间的对应关系;并以扫描电镜(SEM)、电子探针(EPA)等较为先进的测试仪器为手段详细研究了K417镍基铸造高温合金缓进磨削中表面为正常、淡黄、黄褐、紫褐以及紫黑等深浅不同的色斑时诸试件表面形貌特征和对应的砂轮表面形貌特征,揭示了K417材料缓磨中表面形貌的变化特征及其形成机理。测试结果表明,K417材料缓磨表面出现烧伤色斑时,磨粒与试件材料之间存在粘结现象;试件表面出现粘结滞留的涂覆物。随表面烧伤色层次的加深,磨粒与试件材料之间的粘结越普遍、越严重,试件表面涂覆程度亦越强烈。当出现紫黑色斑时,表面还伴有微裂纹出现。     

缓进给断续磨削时射流冲击强化磨削弧区换热的实验研究

在缓进给磨削时烧伤机理分析的基础上，提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想，并通过缓进给断续磨削时施加侧向射流冲击弧区的磨削实验研究其换热效果。实验结果表明，射流冲击强化换热技术确是提高弧区换热效率的有效方法，且射流速度越高，换热效果越好。该研究将在解决难加工材料磨削烧伤领域具有广阔的应用前景