基于不同磨粒的氮化硅陶瓷磨削特性研究

采用多颗磨粒磨削仿真和实验相结合的方式研究磨削过程的磨削力、磨削温度和已加表面形貌。对比分析了多颗磨粒和传统单颗磨粒磨削模型在磨削特性上的差异性,并对多颗磨粒磨削仿真模型进行了验证。结果表明：当磨削速度减小、磨削深度增大时,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削力均增大;当磨削速度和磨削深度增大,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削温度均增大;当进给速度增大时,单颗磨粒仿真的磨削力减小、磨削温度先减小后增大,多颗磨粒仿真和实验的磨削力增大、磨削温度减小;多颗磨粒磨削时的磨削力和磨削温度大于单颗磨粒磨削时的力和温度;多颗磨粒仿真后工件表面形貌与实际加工后表面形貌相符。基于多颗磨粒磨削工程陶瓷的有限元仿真模型相比于单颗磨粒模型可更好地模拟实际加工情况。     

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。     

磨削钛合金的磨削力数学模型

本文以磨削钛合金的粘附现象为基础,分析了磨削力与粘附面积百分率间的关系,并导出了磨削力数学模型。该模型计及由于切削工件材料而产生的力以及由于粘到工作磨粒上的工件材料与工件相互接触而产生的力。试验结果证明该模型对钛合金磨削是适用的。     

颗粒增强钛基复材缓进深切磨削加工研究

颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)属于典型的难加工材料,在航空航天领域具有广阔应用前景.本文开展了PTMCs材料的缓进深切磨削研究,揭示了磨削用量和磨削方式(顺磨与逆磨)对磨削力与磨削温度的影响规律,同时利用有限元法分析了磨削温度场特征和材料去除机理.研究发现,缓进深切磨削PTMCs时,磨削力随工件进给速度和切深增加而增加,顺磨时的磨削力比逆磨大10％～20％,而顺磨的磨削温度要比逆磨约低10％.由于逆磨和顺磨工件的温度分布不同,当切深大于0.6mm、工件进给速度大于400mm/min时,顺磨比逆磨更易发生烧伤.在此基础上,提出了顺磨与逆磨条件下磨削温度场仿真计算的不同热源模型与边界条件,分别获得了两种磨削方式的温度分布特征,有限元仿真结果与试验结果相符.颗粒增强钛基复材磨削表面典型加工缺陷是表面涂覆和硬脆增强相破碎和拔出导致的孔洞,单颗磨粒切厚对硬脆增强相的去除行为有显著的影响.     

TC4钛合金高速外圆磨削表面完整性实验

为充分发挥钛合金的优良性能,以TC4为研究对象进行高速外圆磨削实验,分析外圆磨削工艺参数对工件表面完整性的影响规律。结果表明:工件亚表面未出现变质层;随着砂轮线速度提高,表面质量提高;随着工件转速提高,表面划痕明显;随着磨削深度增加,出现表面烧伤现象,并且磨削深度对表面完整性的影响程度最大;磨削力与磨削温度对表面硬度的影响是正相关的,且磨削力对表面硬度的影响程度较大。因此可以通过选择合理的工艺参数来保证较大的材料去除率与较好的工件表面质量,为TC4钛合金高速外圆磨削提供指导。     

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.     

IC10定向凝固高温合金缓进磨削工艺参数优化研究

通过设计正交试验,研究了IC10高温合金在缓进磨削过程中磨削工艺参数及表面粗糙度对疲劳寿命的影响规律,建立了工艺参数对磨削表面粗糙度及疲劳寿命影响的映射关系模型,并以表面粗糙度、疲劳寿命、材料去除率为优化目标进行了IC10高温合金缓进磨削工艺参数多目标优化。研究表明,IC10高温合金磨削工件疲劳寿命随砂轮线速度的增加而增加,随工件进给速度和磨削深度的增加而减小,且疲劳寿命随砂轮线速度的变化最为敏感,工件进给速度次之,对磨削深度的变化敏感度最低。当表面粗糙度R_a由0.44μm增大到0.94μm时,磨削工件疲劳寿命由9.69×10⁶降低到1.25×10⁶,减小了约87.1%,这表明磨削表面粗糙度对磨削疲劳寿命的影响非常显著。在综合考虑磨削表面粗糙度、疲劳寿命、材料去除率的情况下,通过多目标优化得到IC10高温合金缓进磨削工艺参数为：砂轮线速度v_s=20m/s,工件进给速度v_w=117mm/min,磨削深度a_p=0.48mm。     

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。     

ELID沟道成形磨削氧化膜特性及影响作用实验

针对ELID沟道成形磨削特点,研究了磨削过程中氧化膜的特性及其影响作用。探讨分析了氧化膜的电流表征、氧化膜在沟道成形磨削中的状态变化以及氧化膜状态对磨削力和表面粗糙度的影响。实验过程中,电解电流从1 A增长到4 A,氧化膜厚度从35.33!m减小到11.07!m,法向磨削力从7.06 N增长到36.12 N,切向磨削力从1.62 N增长到4.47 N;垂直于磨削方向的表面粗糙度由0.256!m增长到0.355!m,平行于磨削方向的表面粗糙度由8 nm增长到13 nm。结果表明,氧化膜越厚,磨削力和表面粗糙度越小;氧化膜越薄,磨削力和表面粗糙度越大。     

单颗磨粒磨削实验及其数值模拟的研究进展

单颗磨粒磨削是研究复杂磨削机理的重要手段,本文从单颗磨粒磨削过程和磨粒形状的角度阐述了磨削基础理论;概述了国内外学者以实验研究单颗磨粒的材料去除、切削力行为;基于数值模拟,探讨了不同工艺参数对单颗磨粒磨削力、磨削温度、工件表面质量的影响规律。最后就这一方向的深入研究工作做了展望。     

切向超声辅助氧化锆陶瓷镜面磨削试验研究

氧化锆陶瓷具有高脆性、低断裂韧性等特点,精密加工难度大,一直限制着其应用。针对这一难题,提出了切向超声辅助镜面磨削的精密加工方法,研究了超声振幅对工件表面粗糙度、磨削力和磨削温度的影响,以及有/无超声作用下砂轮的磨损状况等基础加工特性。结果表明,切向超声辅助磨削可以实现氧化锆陶瓷镜面加工,在振幅A_p–p=4.66μm时,与传统磨削(A_p–p=0)相比,工件表面粗糙度下降43.8%,达到了R_a19.9nm;法向磨削力随着超声振幅增大而下降,最大下降34%,但下降速率逐渐变小;磨削温度也随着超声振幅增大而下降,当A_p–p=4.66μm时,磨削温度比无超声时下降34.5%。此外,切向超声辅助磨削加工可以改善砂轮的磨损状况,减少砂轮上磨粒的脱落,延长砂轮使用寿命。     

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。     

断续磨削时的脉动温度场解析

文章构造了周期变化的移动热源模型,并引进卷积概念建立了计算断续磨削时工件表层非稳态脉动温度场的理论公式。该公式可以包容连续磨削的情况,且可计算任意时刻的瞬态温度分布。文中利用推得的公式对断续磨削时的温度场及其降温机理作了深入的研究     

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。     

DZ4材料的磨削烧伤机理

通过磨削温度、磨削力测量等基本试验研究了DZ4镍基高温合金的磨削烧伤现象 ,并通过金相检验揭示了它的磨削烧伤机理。研究结果表明 ,这种材料在磨削温度超过 80 0℃时即发生烧伤 ,而磨削力比可作为特征参量对磨削烧伤进行监测和预报。     

DZ4材料的磨削烧伤机理

通过磨削温度、磨削力测量等基本试验研究了DZ4镍基高温合金的磨削烧伤现象,并通过金相检验揭示了它的磨削烧伤机理.研究结果表明,这种材料在磨削温度超过800?℃时即发生烧伤,而磨削力比可作为特征参量对磨削烧伤进行监测和预报.     

不同材料超声振动磨削的磨削温度实验研究

本文采用人工热电偶测温方式,对纳米Al2O3陶瓷和普通45#钢进行了普通和超声振动下平面磨削磨削温度的测量.比较了相同磨削参数下超声和普通磨削温度的实验数据.实验结果显示:超声辅助磨削纳米氧化铝陶瓷时陶瓷表面磨削温度比普通磨削时低.但超声辅助磨削45#钢时其磨削温度与普通磨削情况下差别不大.     

氧氮混合气体在梯度磁场中流动的数值模拟

用直接蒙特卡洛方法模拟了空气气流在梯度磁场中的氧浓度分布，利用DSMC模型将分子的碰撞和运动解耦，同时将磁场力简化为瞬间作用力，并对模拟结果进行了分析和对比。模拟表明，磁场强度与梯度乘积由100T^2／m增加到800T^2／m时，氧浓度由0．762％增加到3．1％；而当温度由0℃升高到100℃时，氧浓度由0．78％减小到0．25％。另外，随着压力的变化氧浓度存在一个最大值，在模拟条件下，这个最大值出现在0．05MPa(绝对压力)附近。     

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。     

超声磨削陶瓷材料磨削力研究

以磨削力为研究对象,从宏观力学角度进行理论分析,并通过超声磨削实验研究磨削力在不同参数下的变化情况.实验表明:在一定条件下,超声磨削下的磨削力随超声频率、砂轮速度的增加而减小;随磨削深度、工作台速度的增加而增加,实验结果与理论分析有较好的一致性.