颗粒增强钛基复合材料磨削试验与仿真研究

采用单层钎焊CBN砂轮开展了颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）磨削试验,对比研究了在磨削TC4钛合金和PTMCs时,磨削用量对磨削力与磨削温度的影响规律,利用有限元仿真研究了PTMCs材料去除演变过程。结果表明,磨削过程中PTMCs的磨削力较TC4增加了15%～30%,磨削温度提高了7%～11%,PTMCs比TC4钛合金更难加工;PTMCs材料去除过程为TC4基体材料的延性去除和Ti C增强颗粒的脆性去除,脆性去除形成了磨削表面孔洞缺陷;当磨削速度从120 m/s降到20 m/s时,磨削表面孔洞缺陷深度由0.8μm增至3.5μm,增加了约3.4倍;提高磨削速度可以降低增强颗粒脆性去除对PTMCs磨削表面孔洞缺陷的影响程度。     

DD5镍基单晶高温合金缓进磨削力和温度实验研究

涡轮叶片榫齿缓进磨削过程热力载荷效应对成型表面质量具有重要影响。基于实验研究磨削参数对DD5 单晶高温合金磨削力和温度的影响规律,分析缓进磨削力和温度形成机理,构建 DD5 缓进磨削力、温度与磨削工艺参数的映射模型并进行验证。结果表明：DD5 缓进磨削深度对磨削力和磨削温度的影响最为显著,砂轮线速度次之,工件进给速度对其影响最小;随着砂轮线速度的增大,磨削力降低、磨削温度升高;随着工件进给速度和磨削深度的增大,磨削力和磨削温度均呈升高趋势;满足材料去除速率的前提下提高工件进给速度并降低磨削深度,可以避免 DD5 磨削表面出现较大的磨削热力耦合影响层。     

超高强度钢CSS-42L磨削力与比能研究

通过TG砂轮缓进深切磨削超高强度钢CSS-42L试验,研究了砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度等磨削参数对磨削力、力比和磨削比能的影响规律。试验表明:切深、工件进给速度对TG砂轮缓进深切磨削CSS-42L磨削力影响十分显著,砂轮线速度的影响相对较小;增大砂轮线速度,磨削力比减小,增大工件进给速度和切深,磨削力比增大。磨削比能es随着当量磨削厚度aeq的增大而减小,当aeq0.06μm时,磨削比能的下降趋势明显;当aeq0.06μm时,随当量磨削厚度增大,磨削比能下降趋势越来越平缓。试验条件范围内,TG砂轮缓进深切磨削CSS-42L钢时最小比能为70J/mm3。     

钎焊CBN砂轮缓磨镍基铸造高温合金的磨削加工性与表面完整性(英文)

缓进给磨削工艺适合于成型磨削,尤其在复杂型面构件的高效精密磨削中具有广阔应用前景。本文采用钎焊CBN砂轮进行了镍基铸造高温合金K424的缓磨试验,重点研究了工艺参数(砂轮线速度、工件进给速度、切深)对磨削加工性与表面完整性的影响,包括磨削力与磨削温度、磨削比能、尺寸稳定性、加工表面形貌、亚表面层的显微硬度与金相组织变化、残余应力。结果显示,尽管K424合金的磨削比能高达200-300J/mm3,但在钎焊CBN砂轮缓进给磨削K424合金过程中,磨削温度仅约为100℃。采用砂轮线速度22.5m/s、工件进给速度0.1m/min,以及切深0.2mm的工艺参数加工出满足尺寸精度要求的直槽。磨削表面未发现磨削烧伤与显微裂纹,并且呈压应力状态。     

TC4钛合金高效磨削加工用环形热管砂轮的研制

针对航空航天高强韧性难加工材料TC4钛合金在磨削加工中存在磨削温度高而导致工件表面烧伤的问题,提出利用热管换热技术冷却磨削弧区的新方法.分析了环形热管砂轮在加工中对磨削弧区的强化换热原理,并设计制作出能够用于磨削加工的环形热管砂轮,同时实现了对砂轮基体内环形管腔的密封、抽真空、精确注液与机械式真空封口.最后,在相同磨削工艺条件下,使用环形热管砂轮和无热管砂轮进行TC4钛合金缓进给深切磨削对比试验,验证了环形热管砂轮对磨削弧区温度的控制效果.试验结果表明:设计制作的环形热管砂轮在TC4钛合金高效磨削过程中可以有效降低磨削温度,避免工件表面出现烧伤.     

Al2O3陶瓷蠕动进给超声磨削特性试验研究

在改装成的超声磨削机床上进行了陶瓷超声磨削与普通磨削的对比试验,以揭示蠕动进给超声磨削加工的磨削特性及其材料去除机理。结果表明:当超声振动方向与磨削进给方向相同时,超声振动所引起的抛磨作用非常显著,超声磨削的表面粗糙度比机械磨削的低;Al2O3陶瓷在一般条件下超声磨削的去除方式仍属于脆性断裂,以晶粒粉碎、穿晶断裂为主,但伴随有沿晶断裂、弹性划擦、塑性流动等现象。     

非圆等距型面轮廓X-C轴联动高速磨削试验北大核心CSCD

针对非圆等距型面轮廓磨削加工存在表面质量差的问题,建立基于恒磨除率X-C轴联动磨削理论模型。选用陶瓷CBN砂轮进行三弧段非圆等距型面轮廓的高速磨削正交试验,探究砂轮线速度、工件速度和磨削深度对磨削比能、切向磨削力、磨削温度、表面粗糙度的影响规律。分析表明,砂轮线速度对切向磨削力、表面形貌的影响最大,磨削深度对磨削比能、磨削温度、表面粗糙度的影响最大。进行表面形貌观测未探测到明显的磨削烧伤区域,证明恒磨除率X-C轴联动磨削方式可用于非圆等距型面轮廓磨削加工。     

断续缓磨射流冲击强化磨削弧区换热的实验研究

通过深切缓磨时磨削烧伤机理的分析,提出高压射流冲击强化磨削弧区换热新构想,并通过断续缓磨射流侧向冲击弧区的磨削实验显示其换热效果．     

IC10定向凝固高温合金缓进给磨削表面完整性研究

通过设计不同磨削工艺参数组合,研究了定向凝固高温合金IC10在缓进给磨削过程中表面完整性的变化,分析了IC10合金在缓进磨削过程中工艺参数对磨削表面粗糙度、显微硬度、三维形貌、显微组织的影响规律。研究表明:IC10合金在缓进给磨削过程中,当砂轮线速度V_s在15～20m/s之间变化,工件进给速度V_w不大于200mm/min,磨削深度a_p不超过0.5mm时,可以获得较好的表面质量。另外,IC10在缓进给磨削过程中会产生较严重的加工硬化现象,硬化程度最大可达26.9%,最大硬化层深度可以达到230μm。同时,IC10在缓进磨削过程中沿磨削深度方向上会产生表面白层和塑性变形层,其深度分别在0.24～3.2μm和0.48～3.8μm之间变化。     

缓进给强力磨砂轮特性选择及研制——介绍缓进磨削技术之三

缓进给磨削工艺,是在我国七十年代后期发展起来的新兴高效磨削工艺,目前它加工的材料主要是高温耐热合金等难磨材料.所用砂轮比较特殊,砂轮的选择和制造方法也不同于一般砂轮.为了促进缓进给强力磨削工艺的进一步发展,互相交流经验,现将我厂缓进给强力磨削砂轮的选择及主要特性研制介绍如下.供大家在缓进给磨削实际应用中参考.     

耐低温无石棉绝热层研制

通过添加含卤-锑的阻燃剂、芳纶纤维和增塑剂,研制了一种耐低温无石棉的丁腈绝热层配方 (TI506)。研究了芳纶纤维和增塑剂对绝热层静态烧蚀性能和Tg 的影响,对绝热层材料力学性能、比热容、热 导率等性能进行了测试。结果表明:芳纶纤维浆粕用量为10 ~15 份、芳纶短纤维用量为4 ~6 份时,绝热层烧 蚀性能最佳,线烧蚀率达到45 μm/ s,所选增塑剂DOS 用量为10 份、DBP 或ATBC 用量为20 份时,Tg 可达- 40℃,芳纶纤维制备的丁腈绝热层力学性能及烧蚀性能优良,并满足固体火箭发动机耐-40 ~60℃的环境。     

超声ELID 复合磨削磨削力模型研究

以ELID 电解原理为基础,结合超声振动辅助磨削过程中单颗磨粒的运动学分析,建立了超声 ELID 复合磨削条件下的磨削力数学解析模型,并对模型进行了分析和仿真。对模型的分析表明:超声振动改 变了磨粒的运动轨迹,使同等条件下的未变形切屑厚度减小,砂轮的在线电解修整使磨粒始终处于锋锐状态, 而且影响砂轮的实际切削深度,进而对磨削力产生影响。磨削力随着超声振动频率、振幅、电解电压、脉冲比、 电解液电阻率的增大而减小;随着切削深度、工件速度的增大而增大。     

垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布的影响

针对垂直磨削中磨削痕迹分布规律不明晰而使得磨削表面质量难以准确控制的问题,开展垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布规律影响的研究。依据单颗磨粒磨削痕迹分布方程、仿真分析和探讨了砂轮转速、工件转速、进给速度、转速比和相移对磨削痕迹分布的影响,基于磨削参数对磨削痕迹分布和残留高度的影响,优选出了磨削痕迹分布相对合理的磨削参数组合,并进行磨削加工对比实验。结果表明,垂直磨削法中,磨削参数通过改变磨削痕迹的长度、间距、数量、位置关系和分布情况等影响磨削后工件的表面质量。其中,相移的大小会影响磨削痕迹的首尾相接与相互错开情况,直接决定着磨削纹理的形成与否,进而成为影响磨削后工件表面质量的关键因素;此外,尽管磨削参数中工件转速相差很小,但磨削痕迹分布状况会出现显著的差异,进而导致工件表面纹理和破碎情况显著不同及表面粗糙度Ra存在59~125 nm的差距。因此,基于磨削参数对磨削痕迹分布的影响,合理的匹配磨削加工参数可大幅提高工件表面质量。     

ELID磨削硬脆材料精密和超精密加工的新技术

金属基超硬磨料砂轮在线电解修整（ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃＩｎｐｒｏｃｅｓＤｒｅｓｉｎｇ,简称ＥＬＩＤ）磨削技术是国外近年发展起来的一种硬脆材料精密和超精密加工新技术。本文介绍了ＥＬＩＤ磨削技术的基本原理、工艺特点和国内外研究应用情况。应用ＥＬＩＤ磨削技术,可对工程陶瓷等硬脆材料实现高效率磨削和精密镜面磨削     

碳纤维陶瓷基复合材料的磨削加工研究进展

综述了磨削参数、纤维方向、不同加工方式以及其他因素对磨削力和表面质量的影响规律；总结了不同加工方式下的碳纤维陶瓷基复合材料的磨削机理；展望了碳纤维陶瓷基复合材料磨削加工的研究方向。     

复合纳米自润滑金刚石砂轮磨削SiC陶瓷的试验研究

提出一种复合纳米自润滑金刚石砂轮的制备方法,并对制备的砂轮进行SiC陶瓷的磨削试验,分析砂轮表面不同质量分数的复合纳米颗粒对磨削性能的影响。使用MoS₂、TiO₂纳米颗粒作为自润滑砂轮基底的填充材料,采用复合纳米自润滑金刚石砂轮和传统金刚石砂轮进行磨削对比试验,研究复合纳米自润滑金刚石砂轮的润滑机制。研究结果表明,复合纳米自润滑金刚石砂轮自释放的纳米颗粒有效地参与了磨削区间的润滑,砂轮的法相力、切向力降低,提升了工件表面质量。在磨削深度为2～8μm内,复合纳米自润滑金刚石砂轮的具体表现为法向磨削力降低18.6%～38.7%、切向磨削力降低11.2%～28.6%,工件表面粗糙度降低13.9%～41.5%。根据本试验所得数据,当砂轮表面复合纳米颗粒质量分数为8%时,润滑性能和工件表面质量最佳。     

Grinding behavior and surface appearance of（TiC_p＋ TiB_w）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites

（TiCp＋ TiBw）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites（PTMCs） have broad application prospects in the aviation and nuclear field. However, it is a typical difficult-to-cut material due to high hardness of the reinforcements, high strength and low thermal conductivity of Ti-6Al-4V alloy matrix. Grinding experiments with vitrified CBN wheels were conducted to analyze comparatively the grinding performance of PTMCs and Ti-6Al-4V alloy. Grinding force and force ratios, specific grinding energy, grinding temperature, surface roughness, ground surface appearance were discussed. The results show that the normal grinding force and the force ratios of PTMCs are much larger than that of Ti-6Al-4V alloy. Low depth of cut and high workpiece speed are generally beneficial to achieve the precision ground surface for PTMCs. The hard reinforcements of PTMCs are mainly removed in the ductile mode during grinding. However, the removal phenomenon of the reinforcements due to brittle fracture still exists, which contributes to the lower specific grinding energy and grinding temperature of PTMCs than Ti-6Al-4V alloy.     

航发叶片7轴联动砂带柔性磨抛技术研究

为实现航空发动机叶片表面高质量磨抛工艺方法,研究了7轴联动专用数控砂带磨床,提出了叶片型面刀触点处磨抛余量计算方法,考虑了磨抛工具宽度、直径、弹性模量等诸多影响抛光力的因素,优化了施加于接触轮上的磨抛压力,实现了定量磨抛的工艺方法,生成了变抛光力NC程序.最后对铣削后航空发动机叶片进行磨抛工艺试验,加工后叶片表面光洁度较好,并且叶片型面尺寸精度与粗糙度均处于实际加工要求范围之内.     

原位自生TiB_2/Al复合材料磨削表面质量研究

原位自生TiB_2/Al复合材料具有密度小,比强度高,比模量大等特点,在航空航天领域具有广泛的应用前景。为探索原位自生TiB_2/Al复合材料的磨削加工性能,选用单晶刚玉SA砂轮、白刚玉WA砂轮和CBN砂轮在不同磨削参数下对TiB_2/Al复合材料进行磨削试验。首先研究了砂轮材质、转速、工件速度、磨削深度对工件表面粗糙度的影响规律;其次通过对工件表面形貌、磨屑形态、砂轮磨损的观测分析,探索了原位自生TiB_2/Al复合材料磨削表面成形机制;最后基于试验数据,给出了TiB_2/Al复合材料磨削工艺参数优选域。本研究可为颗粒增强金属基复合材料磨削加工提供基础理论支撑。     

Modelling of grinding mechanics: A review

Grinding is one of the most widely used material removal methods at the end of many process chains. Grinding force is related to almost all grinding parameters, which has a great influence on material removal rate, dimensional and shape accuracy, surface and subsurface integrity, thermodynamics, dynamics, wheel durability, and machining system deformation. Considering that grinding force is related to almost all grinding parameters, grinding force can be used to detect grinding wheel wear, energy calculation, chatter suppression, force control and grinding process simulation. Accurate prediction of grinding forces is important for optimizing grinding parameters and the structure of grinding machines and fixtures. Although there are substantial research papers on grinding mechanics, a comprehensive review on the modeling of grinding mechanics is still absent from the literature. To fill this gap, this work reviews and introduces theoretical methods and applications of mechanics in grinding from the aspects of modeling principles, limitations and possible future trendencies.