国内外砂带技术的发展及应用

介绍了20世纪80年代以来国内外砂带技术的发展与应用现状;重点探讨了几类典型砂带,如精细砂带、强力砂带和特殊形态砂带的特征,以及它们在精密加工、强力磨削和难加工材料磨削上的应用并展望了我国砂带技术的发展方向.     

航空发动机叶片机器人精密砂带磨削研究现状及发展趋势

航空发动机叶片的型面精度及表面完整性对其疲劳寿命和气流动力性等影响巨大。机器人砂带磨削由于其灵活性好、易于调度、通用性强等特点成为提高叶片表面完整性的有效加工方法之一,但是工业机器人一般仅适用于粗加工,而对于半精加工以及精加工,提高机器人的定位精度是决定加工质量的关键问题。因此,对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行归纳总结,为实现叶片精密磨削提供参考。首先,对叶片机器人砂带磨削系统的组成和结构形式进行了论述,从磨削接触廓形、材料去除规律和表面完整性等方面对砂带磨削机理进行了分析;其次,分别从基于CAD模型、数学模型和人工知识学习三方面总结了叶片机器人砂带磨削轨迹规划方法;然后,对叶片机器人砂带磨削运动控制技术研究进行了介绍,并分析了叶片机器人砂带磨削系统及集成技术;最后,对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行了总结,在此基础上对其发展趋势进行了分析。     

钛合金激光砂带加工的离焦控制与表面形貌

钛合金由于优越的热机械特性（耐高温和耐腐蚀）而被广泛应用于航空航天、核电领域，但独特的低导热系数、高强度和加工硬化性能导致其加工困难，表面完整性难以保持。激光辅助加工方法可以有效地提高难切削材料的切削性能，提高其表面完整性。提出一种激光加工与砂带磨削融合的特种加工方法（激光砂带加工方法）,建立了激光砂带加工的焦点控制运动模型，通过对焦点的控制实现利用激光加热特性和砂带磨削柔性特性快速去除材料，在自行搭建的激光砂带加工实验平台进行了加工实验，对不同离焦量下激光砂带加工的钛合金样品的表面三维形貌、微观结构进行了分析和比较。结果表明，激光砂带加工过程中离焦量的大小极大程度影响了激光的能量分布，导致激光砂带加工机理发生变化，离焦量的减少导致表面算术平均偏差S_a先从8.07μm减少到7.40μm然后增加到22.1μm,材料的气化和熔化去除现象更加明显。最后证明了激光砂带加工方法可以改善钛合金的加工性能，提升表面的耐磨损性能，具有广阔的应用前景。     

整体叶盘数控砂带磨削技术及其试验

针对航空发动机整体叶盘结构复杂、材料难加工,铣削加工后粗糙度无法达到设计要求,铣削纹理明显,目前的手工抛光难以满足整体叶盘表面质量和型面精度要求的现状,提出了整体叶盘数控砂带磨削技术及其工艺试验。概述了整体叶盘砂带磨削研究进展,分别从新型砂带磨削技术和自适应砂带磨削技术等方面阐述了整体叶盘全型面数控砂带磨削技术。介绍了整体叶盘全型面数控砂带磨削试验装置及其数控磨削加工软件,利用该装置完成了4种不同级别的整体叶盘精密磨削加工试验。结果表明:整体叶盘磨削后,表面粗糙度小于0.4μm,型线精度小于0.05mm,同时型面精度一致性显著提高。     

基于单颗粒模型的航发叶片砂带磨削微观仿生锯齿状表面形成及实验

基于鲨鱼皮衍生出来的微观仿生表面被广泛应用于机翼等航空零部件的设计中，对于提高航空零部件的疲劳寿命、气流动力性等服役性能具有重要作用。砂带磨削能实现零部件表面的高完整性要求的加工，故常用于叶片、整体叶盘等复杂曲面的精密磨削，且能实现微观表面形状，但目前缺乏砂带磨削微观表面的系统研究从而难以实现其精确控制。首先，分析了微观仿生锯齿状表面的典型结构特征，基于单颗粒砂带磨削模型，研究了单颗粒砂带磨削去除机理；然后，建立了砂带磨削多颗粒参数化数学模型，提出了微观仿生锯齿状表面砂带磨削方法；最后，以钛合金叶片型面为对象，搭建以钛合金为典型材料的微观仿生锯齿状表面砂带磨削基础实验平台，进行仿生表面的实验验证。通过对磨削后叶片的表面微观形状参数进行检测，结果表明通过砂带磨削方法实现的微观仿生锯齿状表面以锯齿形沟槽为主，其中沟槽的宽度在2.5~8 μm之间、平均值为4.91 μm，沟槽的高度在3.5~9 μm之间、平均值为5.91 μm，沟槽的夹角在28°~68°之间、平均值为42.3°，验证了微观仿生锯齿状表面砂带磨削的可行性。     

超声砂带精密磨削技术

超声砂带精密磨削技术是超声加工与砂带精密磨削的叠加技术。本文以要求高平面度和高光洁度的磁盘的光整加工,能达到良好的效果为例,阐述了这种叠加技术的加工方法,可以提高加工质量和加工效率。文中介绍了超声砂带精密磨削的机理,分析了影响磨削质量和效率的原因以及影响超声砂带精密磨削的因素,并且将普通砂带磨削与超声砂带精密磨削作了对比,进而从理论与实验两个方面证实了超声砂带精密磨削技术有良好的加工效果。     

航空发动机叶片精密自适应砂带磨削技术及试验研究

叶片的型面精度和表面完整性直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。由于叶片具有薄壁易变形、材料难加工及砂带磨削柔性接触等特征而难以实现精密磨削,由此提出了一种基于检测—加工一体化的自适应砂带磨削加工方法。首先根据叶片结构特点,设计了边缘磨削工位磨头和圆角磨削工位磨头,分别用于磨削叶片型面及进排气边缘、阻尼台及根部转角等部位;其次基于模型重构的几何误差进行了自适应软件的研制;最后通过双工位集成的七轴联动数控砂带磨削中心进行了叶片磨削试验。试验结果表明,磨削后的叶片表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工误差保持在±0.05mm范围内,叶片型面磨削加工周期仅为3.5h,满足叶片加工要求。因此,自适应砂带磨削技术是实现叶片精密磨削加工的有效技术手段。     

航空机匣焊缝数控砂带磨削技术及装备研制

针对先前航空机匣焊缝加工难以获得较好加工效果的问题,根据浮动限位砂带磨削加工原理,结合四轴联动以及SIMOTION数控系统,设计了机匣焊缝数控砂带磨床,实现了机匣焊缝的自动化磨削加工;运用正交试验方法,得到焊缝磨削的最优工艺,同时分析了磨削工艺参数对焊缝磨削量的影响,为机匣焊缝的磨削加工提供了技术保障和试验支持。     

砂带磨削300M钢的试验研究

为了防止磨削烧伤并提高零件的疲劳强度，对３００Ｍ超高强度钢进行了砂轮磨削和砂带磨间的对比试验。试验结果表明，砂带磨削效果优于砂轮磨削，导致这一结果的原因在于砂带磨削与砂轮磨削有着不同的加工机理。     

叶片六轴联动数控砂带磨床与数控砂带磨削单元化

随着计算机数字控制技术和磨削技术的迅速发展,叶片型面的数控加工经历了从少坐标点成形到多坐标控制线逼近的发展过程,叶片型面的磨削加工也经历了从手工砂轮打磨、手工砂布抛光、砂轮磨削精加工、砂带液压仿形磨削到多坐标数控砂带磨削加工的发展阶段。     

加工工艺对C/ SiC 复合材料性能的影响

采用普通磨削和超声辅助磨削工艺对C/Si C复合材料进行加工,对不同加工工艺参数获得的C/Si C复合材料进行表面状态表征及力学性能的测试。结果显示在磨削深度0.05 mm,进给速度600 mm/h,转速1 600 r/min,超声频率14 k Hz的工艺参数匹配条件下,所得到的C/Si C复合材料的表面粗糙度最小,弯曲强度最大。表明超声辅助磨削加工工艺对材料力学性能损伤较小。     

C/SiC复合材料AUAG加工机理及实验研究

对C/SiC复合材料沿纤维分布方向超声磨削加工AUAG展开研究,对超声加工C/Si C复合材料的表面微观结构以及机械性能进行了评估,对表面质量随加工参数的变化而变化展开了研究。结果表明通过AUAG超声磨削加工参数的优化设计,可以得到较好的表面质量。     

旋转条件下SiC 单晶片锯切力建模研究

通过理论分析和实验研究相结合的方法,对工件旋转条件下电镀金刚石线锯切割SiC单晶片锯切力进行了分析.依据磨削和动态切削理论,分析了线锯与工件运动模型、单颗金刚石磨粒的切向和法向锯切力,建立了金刚石线锯锯切力模型;进行了工件旋转条件下SiC单晶切割实验,对理论分析结果进行验证,重点对线锯速率、工件进给速率、工件旋转速率及工件未切割直径等工艺因素对切向锯切力的影响进行分析.结果表明理论分析和实验结果相对误差不大于5.2％,验证了所建模型的正确性,为探索SiC单晶片的切削机理和参数优化提供依据.     

磨削力的实时采集和数据处理

磨削一般是零件加工的最后一道工序。磨削过程较为复杂，磨削力的大小不仅影响工件的表面质量，而且还影响零件的精度。在磨削机理研究及生产实际中常常需对磨削力进行测试，通过调整磨削用量，修整砂轮，实现在允许的磨削力范围内进行加工。提出了在磨床上安装测力系统，并采用单片机对磨削力信号进行实时采集处理，建立磨削力的经验公式，同时显示并打印结果。     

天然金刚石刀具单激励超声椭圆振动车削

设计并制造了一种单激励夹心式纵弯复合椭圆振动车削系统.在分析超声椭圆振动切削抑制刀具崩刃机理的基础上,利用该系统进行了天然金刚石刀具振动车削铝件的试验,证实了椭圆振动切削可以有效防止刀具崩刃.     

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

Thermomechanical coupling effect on characteristics of oxide film during ultrasonic vibration-assisted ELID grinding ZTA ceramics

Ultrasonic vibration-assisted ELID (UVA-ELID) grinding is utilized as a novel and highly efficient processing method for hard and brittle materials such as ceramics. In this study, the UVA-ELID grinding ZTA ceramics is employed to investigate the influence of thermomechanical loading on the characteristics of oxide film. Based on the fracture mechanics of material, the model of internal stress for oxide film damage is proposed. The thermomechanical loading is composed of mechanical force and the thermal stress generating from grinding temperature. The theoretical model is established for the mechanical force, thermal stress and internal stress respectively. Then the finite element analysis method is used to simulate the theoretical model. The mechanical force and grinding temperature is measured during the actual grinding test. During the grinding process, the effect of grinding wheel speed and grinding depth on the thermomechanical force and the characteristics of oxide film is analyzed. Compared with the conventional ELID (C-ELID) grinding, the mechanical force decreased by 25.6% and 22.4% with the increase of grinding wheel speed and grinding depth respectively, and the grinding temperature declined by 10.7% and 12.8% during the UVA-ELID grinding. The thermal stress in the latter decreased by 16.3% and 20.8% respectively, and internal stress reduced by 12.3% and 15.6%. It was experimentally found that the topographies of oxide layer on the surface of the wheel and the machined surface in the latter was better than that in the former. The results indicate that the action of ultrasonic vibration establish a significant effect on the processing. Subsequently, it should be well considered for future reference when processing the ZTA ceramics.     

复合材料湿法加工工艺

针对碳纤维增强复合材料干法加工的固有缺点,提出了一种采用水溶性冷却液加工碳纤维增强复合材料的加工工艺,并对干法和湿法加工进行了对比分析。结果表明:湿法加工不影响碳纤维增强复合材料的力学性能,且能够提高加工表面质量及效率,减少刀具磨损,是碳纤维复合材料加工较好的工艺。     

铣削加工透波性Si3N4陶瓷表面质量研究

为了探索透波性Si3N4陶瓷铣削中加工表面创成机理及加工工艺参数对其影响规律,对加工表面形貌和边缘破损特征,以及加工参数与切削力、表面粗糙度、边缘破损的映射关系等开展了试验研究。首先对加工表面形貌进行了分析,由于存在陶瓷粉末去除和破碎性颗粒去除两种形式,造成加工表面形貌结构一种体现为变化平缓,而另一种包含微裂纹、层状结构体等,且存在凹坑、沟槽等缺陷。其次研究了边缘破损形式及产生机理,当刀具运动到出口棱边处,刀尖应力集中处将产生微裂纹,并向工件侧面扩展,从而在加工表面和加工侧面诱导形成边缘破损。最后基于均匀设计试验,分析了工艺条件对加工性能的影响。结果表明:随着切削深度从0. 2增加到0. 5 mm和切削宽度从1增加到4 mm时,x轴切削力呈耦合增长,y轴切削力呈二次方增长;当切削深度和切削宽度分别为0. 2 mm和1 mm、进给速度为500 mm/min时,加工表面粗糙度值最小;转速为2 000 r/min、切削深度和切削宽度最小时,边缘破损幅值最小。此结果可为提高透波性Si3N4陶瓷铣削加工质量提供技术支撑。     

透波性Si3N4陶瓷铣削加工表面边缘破损实验研究

针对透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工过程中易出现边缘破损现象,通过不同铣削深度实验研究了边缘破损类型、产生位置以及切深对边缘破损影响,并分析了边缘破损产生机理,最后提出了边缘破损控制方法。结果表明:当切深为0.4~0.8 mm时,边缘破损主要集中于出口棱边和入刀侧边;且脆性域加工过程中随着切深的增加,边缘破损程度呈现增大趋势;降低切深至≤0.3 mm且采用跟随周边走刀方式,并保证入刀处刀尖线速度方向与进给方向夹角不小于90°,可以有效控制边缘破损。研究为提高透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工表面质量提供了技术支撑。