磨削表面形貌建模研究进展

磨削表面形貌是磨削表面完整性的重要评价指标,其对材料的使用性能和表面质量起着关键作用。本文对磨削表面形貌建模的方法、技术路线以及研究成果进行了现状分析,对磨削表面形貌建模的三类方法(经验建模法、理论建模法、有限元分析法)进行了综述,对各类建模方法的原理和优缺点进行了论述,指出目前磨削表面形貌研究方向存在的问题和不足。最后,提出了磨削表面形貌建模研究的发展方向。     

曲面磨削表面微观形貌建模方法研究

针对现有磨削表面微观形貌建模方法仅对某一类特定零件有效,提出了一种适用于空间曲面零件加工的磨削形貌建模方法。基于曲面磨削加工原理,建立砂轮坐标系与曲面零件坐标系之间的齐次变换矩阵,获得磨粒的三维运动轨迹方程。通过提出曲面区域逼近求解算法,建立曲面磨削表面微观形貌预测模型。并以展成法磨削齿轮和磨削轴承内套为例,得到两类实验与仿真结果之间的误差最大为11.338%和18.91%,验证了本文提出的预测模型的有效性与科学性。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

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。     

砂布页轮表面形貌测量与建模

针对整体叶盘抛光磨具砂布页轮,进行磨具表面形貌测量与建模.采用自动变焦三维表面测量仪对P240、P320两种粒度采样砂布页片的表面形貌进行扫描,分析并获得磨粒分布密度、磨粒出刃高度分布等特征参数,继而通过二维数字滤波技术和傅里叶变换法生成具有指定自相关函数的粗糙表面.通过分析砂布页轮柔性特征,分别针对静态及动态砂布页轮...     

基于单颗金刚石磨粒磨削的SiCp/Al复合材料仿真与试验研究

本文主要开展了单颗金刚石磨粒磨削碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的试验及三维有限元仿真研究。分析了SiC_p/Al复合材料磨削过程中磨削工艺参数对磨削力及表面形貌等的影响。分析结果表明,随着磨粒转速的增加,磨削力减小,SiC颗粒破碎现象有所缓解,铝基体的涂覆作用增强,表面形貌完整性好;随着磨削深度的增加,磨削力增大,SiC颗粒破碎明显增强,表面形成较多凹坑与孔洞,表面质量差。仿真结果与试验结果较吻合,说明该仿真模型可用于磨削工艺参数的优化分析。     

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。     

表面完整性对FGH95合金高温疲劳性能的影响

金属构件的加工表面完整性状态对其整体疲劳性能具有显著影响。本工作研究了磨削、磨削+铸钢丸喷丸、磨削+陶瓷丸喷丸和磨削+复合喷丸4种表面加工集成方法对FGH95合金高周疲劳性能的影响规律。采用表面粗糙度仪、X射线残余应力测试仪和显微硬度计分别对不同复合加工方法试样的表面粗糙度、表面残余应力分布和硬度梯度等表面完整性参数进行了表征;采用旋转弯曲疲劳试验机测试了缺口(应力集中系数Kt=1.7)试样的旋转弯曲疲劳,研究不同表面完整性状态对缺口试样高温疲劳寿命的影响规律。结果表明:相对磨削,磨削+铸钢丸喷丸、磨削+陶瓷丸喷丸和磨削+复合喷丸三种方法均可显著提高试样的高温疲劳寿命;其中,磨削+复合喷丸方法获得了最优的表面残余应力场、硬度梯度、表面粗糙度和高温疲劳寿命增益效果。     

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的模拟实际加工情况。     

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。     

钛合金加工表面完整性的研究现状与展望

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能.作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响.为此,从切削加工、磨削加工、复合加工与特种加工4个工艺角度对钛合金制造过程中表面完整性的研究现状进行详细阐述....     

航空发动机钛材料磨削技术研究现状及展望

钛材料主要指钛合金、钛铝金属间化合物和钛基复合材料,具有密度低、强度高、抗氧化与蠕变性能好等优异特性,在航空发动机领域具有广泛应用前景。钛材料属于典型的难加工材料。磨削是高效精密加工钛材料的重要方法,可以获得良好的加工精度和表面质量。首先概述了钛材料在航空发动机中的应用及其磨削工艺技术总体情况。随后,从磨削力与磨削温度、砂轮磨损、材料去除机理、表面完整性等方面阐述了钛材料磨削技术的研究进展,并总结了针对钛材料磨削关键问题提出的新工艺和新方法。最后,对钛材料磨削技术未来的研究方向进行了展望。     

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.     

Grinding force and surface quality in creep feed profile grinding of turbine blade root of nickel-based superalloy with microcrystalline alumina abrasive wheels

Creep feed profile grinding of the fir-tree blade root forms of single crystal nickel-based superalloy was conducted using microcrystalline alumina abrasive wheels in the present study. The grinding force and the surface quality in terms of surface topography, subsurface microstructure, microhardness and residual stress obtained under different grinding conditions were evaluated comparatively. Experimental results indicated that the grinding force was influenced significantly by the competing predominance between the grinding parameters and the cross-sectional root workpiece profile. In addition, the root workpiece surface, including the root peak and valley regions, was produced with the large difference in surface quality due to the nonuniform grinding loads along the root workpiece profile in normal section. Detailed results showed that the surface roughness, subsurface plastic deformation and work hardening level of the root valley region were higher by up to 25%, 20% and 7% in average than those obtained in the root peak region, respectively, in the current investigation. Finally, the superior parameters were recommended in the creep feed profile grinding of the fir-tree blade root forms. This study is helpful to provide industry guidance to optimize the machining process for the high-valued parts with complicated profiles.     

高纯钨磨削加工试验研究

为探究适用于高纯钨磨削加工的砂轮,使用80~#绿碳化硅砂轮和金刚石砂轮开展磨削对比试验,从工件表面粗糙度角度评价上述两种砂料对高纯钨磨削加工表面的影响。试验结果表明,绿碳化硅砂轮对应的工件得到了更理想的表面粗糙度。使用绿碳化硅砂轮开展工艺试验,分析在不同磨削参数下加工表面粗糙度的变化趋势,以此为依据对高纯钨磨削加工工艺参数进行评价与优化。综合考虑加工表面粗糙度以及加工效率,得出适合于钨磨削加工的参数为砂轮线速度v_s=23m/s、磨削深度a_p=8μm、工作台进给速度v_w=10m/min,该参数下得到的表面粗糙度均值为0.336μm。     

Specific grinding energy and surface roughness of nanoparticle jet minimum quantity lubrication in grinding

Nanoparticles with the anti-wear and friction reducing features were applied as cooling lubricant in the grinding fluid. Dry grinding, flood grinding, minimal quantity of lubrication（MQL）, and nanoparticle jet MQL were used in the grinding experiments. The specific grinding energy of dry grinding, flood grinding and MQL were 84, 29.8, 45.5 J/mm³, respectively. The specific grinding energy significantly decreased to 32.7 J/mm³ in nanoparticle MQL. Compared with dry grinding, the surface roughness values of flood grinding, MQL, and nanoparticle jet MQL were significantly reduced with the surface topography profile values reduced by 11%, 2.5%, and 10%,respectively, and the ten point height of microcosmic unflatness values reduced by 1.5%, 0.5%,and 1.3%, respectively. These results verified the satisfactory lubrication effects of nanoparticle MQL. MoS₂, carbon nanotube（CNT）, and ZrO₂ nanoparticles were also added in the grinding fluid of nanoparticle jet MQL to analyze their grinding surface lubrication effects. The specific grinding energy of MoS₂ nanoparticle was only 32.7 J/mm³, which was 8.22% and 10.39% lower than those of the other two nanoparticles. Moreover, the surface roughness of workpiece was also smaller with MoS₂ nanoparticle, which indicated its remarkable lubrication effects. Furthermore,the role of MoS₂ particles in the grinding surface lubrication at different nanoparticle volume concentrations was analyzed. MoS₂ volume concentrations of 1%, 2%, and 3% were used.Experimental results revealed that the specific grinding energy and the workpiece surface roughness initially increased and then decreased as MoS₂ nanoparticle volume concentration increased.Satisfactory grinding surface lubrication effects were obtained with 2% MoS₂ nanoparticle volume concentration.     

三维表面形貌的分形维数计算方法

工程表面的几何特征与零件的摩擦、磨损、接触、润滑、磨削机理、金属结构等机械或物理性能有着密切的联系.本文在分析近年文献的基础上,总结了几种较为成熟的三维分形维数计算方法,分析了每种方法的特点,并在精密加工试件进行了验证.     

单颗磨粒磨削仿真研究进展

概述了传统磨削仿真的基本方法及发展过程,总结了磨粒模型和工件模型的研究现状,具体分析了有限元法、光滑流体粒子动力学法、分子动力学法以及综合仿真方法等应用于单颗磨粒磨削材料的去除机理、成屑机理、工件表面质量以及磨粒磨损等仿真中的研究现状,最后阐述了各类仿真方法的局限性,并提出了单颗磨粒磨削仿真进一步的发展前景。     

GH4169磨削表面粗糙度影响参数的敏感性研究

通过GH4169高温合金平面切入磨削实验,建立了表面粗糙度的经验公式,分析了表面粗糙度对磨削参数的灵敏度,获得了磨削参数稳定域和非稳定域。结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同磨削参数对表面粗糙度的影响曲线,进行了磨削参数区间的优选。研究结果表明:表面粗糙度对磨削深度的变化最为敏感,对工件速度的变化敏感次之,对砂轮速度的变化最不敏感;磨削深度优选范围为0.01～0.015mm,工件速度优选范围为10～15m/min,砂轮速度优选范围为20～30m/s,可控制表面粗糙度在0.7μm以内。为高温合金材料磨削表面粗糙度控制提供理论方法和试验依据。