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。     

非平行直纹面的电解磨削

为解决整体叶轮扭曲叶片型面的精加工难题,本文进行了五轴联动数控展成电解磨削的基础研究.在分析平行直纹展成电解磨削整体叶轮扭曲叶片的过切误差、得到过切误差计算公式的基础上,提出用圆锥磨轮和组合式五轴联动数控方案来消除过切误差的方法.文中还介绍了数控展成电解磨床的结构与运动、经济型多轴数控系统及其联动控制方法,并建立了电解磨削非平行直纹展成曲面的数学模型,开发了五轴联动数控展成电解磨削自动数控编程系统,对航空发动机整体叶轮的叶片型面进行电解磨削.结果表明,加工效率比手工修磨、抛光提高了12倍以上.     

单颗磨粒磨削碳化硅陶瓷磨削力与比能研究

为探索磨削速度和单颗磨粒最大未变形切厚对碳化硅陶瓷高速磨削材料去除过程的影响规律,进行了切向进给单颗磨粒高速磨削试验,研究了磨削力、磨削比能与磨削速度以及单颗磨粒切厚的关系。研究结果表明,单颗磨粒切厚为0.03和1μm时,磨削力和磨削比能均随着速度的增加而减小,而当切厚为0.3μm时,磨削力和磨削比能随着磨削速度先增加后减小,磨削速度80m/s为其转折点。磨削力随着单颗磨粒切厚的增大整体上呈上升趋势,但是当切厚小于某一临界值时,磨削力变化并不明显,磨削比能却急剧降低,而且磨削速度提高,该临界值变大。因此,磨削速度的提高有利于降低磨削力和磨削比能,适当增加单颗磨粒未变形切厚并不会恶化加工质量。     

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     

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。     

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。     

40Cr钢磨削强化温度与冷却速度研究

以40Cr调质钢为磨削强化试验对象，进行了磨削强化温度的测量和冷却速度的确定，并对强化效果进行了分析研究。试验结果表明：预估温度与测量温度接近，可以获得所要求的磨削强化温度和冷却速度；获得了理想的强化效果，强化层平均显微硬度为HV670，厚度接近1．3mm，组织为细小的针状马氏体。     

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。     

树脂结合剂CBN砂轮缓进深磨钛合金——CBN砂轮在缓磨中的应用

本文从磨削力、磨削温度、金属去除量、砂轮磨损形态、磨削方式以及工件表面形貌等多方面考察研究了树脂结合剂CBN砂轮在缓进磨削钛合金中的应用,并将其与普通碳化硅砂轮的磨削性能作了对比。实验结果显示,在缓进磨削中,CBN砂轮的磨削性能确实明显优于碳化硅砂轮。CBN砂轮磨削时的力、温度值均较SiC砂轮磨削时要低,砂轮磨损速度远远低于SiC砂轮,磨削表面纹理也优于SiC砂轮。CBN砂轮缓磨钛合金时能长期保持锋利的原因不是由于自锐作用,而是CBN磨料不会与钛合金发生粘附且具有良好耐磨性的缘故。CBN磨料本身所具有的极高的化学稳定性、它的超硬超耐磨特性与缓磨本身的低温特征所构成的最佳工艺组合是解决钦合金难磨问题的理想途径。     

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.     

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。     

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.     

砂轮形貌的激光功率谱特性及其检测

阐述了砂轮形貌的理论功率谱图象、实际功率谱图象及其功率谱特性，获得了砂轮形貌的特征参数与激光功率图象的对应关系。根据上述的理论分析，设计了激光功率谱法检测砂轮形貌的采样原理及检测装置。采用时，将砂轮一圈划分为２５６个等分点，每一点均进行功率谱型的采样；为检测方便，在对称的功率谱图象一侧采集８个点的光强，共获得由８个数据组成的２５６个离散功率谱型。通过对离散功率谱型的计算自理最后由检测装置打印出砂轮     

单层超硬磨料砂轮制造技术新发展

概述了国外单层高温钎焊超硬磨料砂轮的工艺优势及主要研究成果，这种新型超硬磨料砂轮以其卓越的磨削性能已在国内外磨削界引起了轰动，它在今后逐步替代传统砂轮应是一种无法抗拒的必然趋势。鉴于它极其广阔的应用前景，国内在推广应用超硬磨料砂轮时也必将大力引进开发此种单层钎焊砂轮。为使国内开发钎焊砂轮有一个更高的起点，作者提出了关于开展这一领域研究的若干构想和实施方案     

复合电加工修整金刚石砂轮的机理研究

金属结合剂金刚石砂轮广泛应用于硬脆材料的精密和超精密削加工,虽然金属结合剂金刚石砂轮具有优良的磨削性能,但是砂轮的修整问题却始终难以解决。本文提出了一种新的修整方法,即放电－电解修整法,对复合整机理进行了研究,并介绍了修整参数地放电电流及电解电流的影响,工艺实验的结果表明,电解电火花复合修整法能够实现金属结合剂金刚石砂轮高精度高效率的修整,具有良好的应用前景。     

平面前刀面的模具铣刀齿槽磨削成形的研究

本文提出了一种直接磨削出具有平面曲线刀刃、平面前刀面及刃带宽度等于零的模具铣刀齿槽的原理与方法.文中,首先阐述了该种铣刀的刀刃形式与齿背线的特点,然后详细研究了磨削系统应具备的砂轮相对于刀具的安装和运动形式以及运动维数,依据啮合原理和微分几何的基本知识,严格地导出了磨削系统中各运动参数之间满足的函数关系,最后设计并制造了一套专门的试验装置,它和改装后的工具磨床配套,进行磨齿加工。磨齿试验验证了本文分析的正确性。