基于相关性分析与CNN-BiLSTM神经网络的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度智能预测

部分稳定氧化锆（Partially stabilized zirconia,PSZ）陶瓷因其优越的性能在航空航天工业等领域有广泛的应用。表面粗糙度是评价PSZ陶瓷磨削加工水平的关键指标，为了降低磨削表面粗糙度的预测误差，提出了一种基于相关性分析与卷积-双向长短期记忆神经网络（Convolution-bidirectional long short term memory neural network,CNN-BiLSTM）的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度声发射预测模型。通过分析磨削声发射信号特征值与磨削表面粗糙度值之间相关性，筛选出磨削声发射信号与磨削表面粗糙度之间的最相关频段和特征矩阵，作为CNN-BiLSTM神经网络的输入参数以降低磨削表面粗糙度声发射预测的误差。研究结果表明，基于相关性分析与CNN-BiLSTM神经网络的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度的平均预测误差低于3.92%。     

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。     

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。     

页轮干式磨削Ti6Al4V合金

进行了Ti6A14V合金锆刚玉页轮和碳化硅页轮的磨削性能试验研究，分析了磨削用量对磨削力、磨削温度和磨削表面完整性的影响。磨削力通过KISTLER9265B测力仪测定，磨削表面温度由NIUSB-621X信号采集系统测得，磨削表面形貌和金相组织由HiroxKH-7700型体视显微仪和Quanta200型扫描电镜（SEM）观察，表面粗糙度由Mahr Perthometer M1粗糙度仪测得，表层显微硬度通过HVS—1000硬度计测定。研究结果表明：页轮磨削钛合金工件表面没有发生烧伤现象，磨削热影响区厚度小于50μm，锆刚玉页轮比碳化硅页轮更适合干式磨削钛合金。     

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。     

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。     

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。     

远近场声发射信号相关性研究

通过研究材料或结构中产生的声发射信号,获得损伤源的位置、损伤的类型及损伤严重度等信息,因而声发射信号成为分析材料或结构损伤状态的基础。在不同位置处所采集的声发射信号由于传感器特性、结构不连续、频散效应等产生明显的特征变化,这将影响到对材料或结构损伤状态一致性的研究。通过数值仿真的手段获得理想的高速撞击声发射信号,利用概率统计中的相关性分析方法,对获得的损伤源远近场声发射信号进行相关分析,计算相关系数,得到了远近场声发射信号相关性的变化规律,分析了相关系数与声发射波形、频率之间的关系,所得研究结果对评定损伤源位置精度及损伤模式识别的信号选取具有一定的参考价值。     

声发射在微铣削过程中监测刀具破损的应用

应用声发射传感器对微铣削过程中的刀具状态进行监测。通过结合传声器传感器,利用小波分析,声发射传感器能更精确有效地监测刀具破损的现象。分别在几种不同的工件材料进行了声发射监测实验。通过该声发射监测刀具破损技术采集得到信号,再利用小波分析对实验数据分析。结果表明,在微铣削中利用声发射信号来监控刀具状态的可行性。     

TB6钛合金疲劳试验过程中的声发射信号特征

随着直升机应用越来越广泛,其内部关键部件在高强度运行中疲劳裂纹的检测愈发显得重要,常规无损检测技术无法对裂纹的产生与变化进行实时监测。通过对直升机常用部件材料TB6钛合金进行疲劳断裂试验,使用声发射检测技术采集试验过程中的声发射信号,采用小波能量系数经历图分析方法,综合特征参数经历图分析和小波分析对信号的特征变化进行研究,研究表明:该材料的疲劳断裂过程经历了四个阶段,各个阶段的声发射特征量有明显转折点,裂纹开始萌生时可以观察到声发射特征参数和小波能量系数有明显跳变,声发射信号的中心频率随时间推移有向高频移动的趋势,这些特征规律为TB6钛合金部件的声发射动态监测和健康评价提供了参考依据。     

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。     

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     

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。     

基于磨制精度的环形铣刀刃线几何模型

环形铣刀在精密铣削淬硬钢模具时，同球头铣刀相比具有较高的切削效率，和平头端铣刀相比具有较好的加工工艺性及已加工表面质量。为了精确磨制环形铣刀，通过对环形铣刀刃线进行理论分析,依据回转刀具的几何特征以及螺旋线的成形原理，推导出了环形铣刀等螺旋角的连续刃口曲线数学模型，所建立的刃线方程数学模型可精确表达周刃曲线与圆角曲线的几 何特征。结合所建立的刃线模型，采用Saacke五轴工具磨床对环形铣刀进行了磨制，刀具几 何参数检验结果表明磨制精度较高。     

卧矩台精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层材料去除机理

纳米结构陶瓷涂层具有优异的性能,但在工业应用中不但其涂层制备技术而且其精密磨削技术对涂层的使用性能均具有重要影响,因此对其磨削时的材料去除机理的研究成为必要。本文就磨削参数对纳米结构W C/12Co(n-W C/12Co)涂层卧矩台精密平面磨削的磨削力分力比、比磨削能和磨削表面粗糙度的影响规律进行了试验研究,结合n-W C/12Co涂层精密平面磨削后的表面/亚表面形貌的SEM观察分析,揭示了n-W C/12Co涂层精密磨削的材料去除机理。研究结果表明,n-W C/12Co磨削的材料去除机理主要是非弹性变形方式,材料脆性去除方式较少。     

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。     

Ni—Cr合金与金刚石和钢基体界面微区的分析研究

利用扫描电镜X射能谱，结合金相及试验样逐层的X射线结构分析，剖析了Ni-Cr合金与金刚石和钢基体钎焊界面的微区组织结构，揭示了Ni-Cr合金对金刚石和钢基休面的浸润和钎焊机理。即在钎焊过程中，Ni-Cr合金中的Cr元素分离出在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3，在钢基体结合界面上Ni-Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合，这时实现合金层与金刚石和钢基体都有较高结合强度的主要因素。     

麻花钻双曲面刃磨的数学模型及参数计算方法

介绍了以回转双曲面作为麻花钻后刀面的数学模型 ,设计参数与刃磨参数的关系。针对该钻型的特点 ,提出用钻尖主刃的外缘和横刃转点处的锋角作为其设计参数值。并以尾隙角为补充参数 ,惟一地确定钻尖的刃磨参数。给出了该钻型设计参数与刃磨参数之间的函数关系式 ,为双曲面麻花钻型的设计和刃磨提供了一定的理论基础。     

磨料有序排布钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的性能研究

通过优化排布金刚石磨料研制出钎焊单层金刚石端面砂轮.以硬质合金为加工对象,研究了该砂轮的磨削性能.结果显示连续干磨时,金刚石磨粒的失效形式主要是磨耗磨损和断裂两类,没有出现传统的电镀和烧结工具磨粒大量脱落的现象.这表明钎料合金对磨粒的高强度把持和砂轮的高耐用度.此外,工件的磨削表面获得了良好的粗糙度,理论预测的粗糙度数值和试验数值基本一致.