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。     

缓磨时工件烧伤过程的计算机仿真研究

在关于缓磨时的磨削热、接触弧区换热过程以及工件表层非稳态温度场的深入研究的基础上构造了一个可用于计算工件表层温度场畸变历程的数学模型，并据此完成了缓磨时工件烧伤过程的计算机仿真研究。仿真结果与缓磨时的实际烧伤过程吻合良好。本文率先阐明了缓磨烧伤的热机理，并证实了缓磨烧伤是一典型的渐变过程，它有明显的前兆特征，因而是可以被预报和控制的。此项创造性工作可以被看作是对磨削基础理论的一项重要贡献。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

缓进深磨的温度特征与烧伤机理

缓进深磨作为一项新工艺目前仍处在机理研究落后于生产应用,其潜力尚不得充分发挥的阶段。以与制件烧伤直接相关的缓磨温度的研究为例,国外一直存在着多种相矛盾的观点,且认为缓磨烧伤系瞬间发生因而难于预报和控制。本文在解决测试方法完善实验技术基础上,对缓磨时接触弧区的温度分布及其变化特征作了充分研究,所提供的烧伤前后弧区制件表面温度的时空分布图,在阐明缓磨时的温度特征与烧伤机理上具有重要的理论价值。另外,实验得出的缓磨烧伤是具有足够长时间的典型缓变过程的结论,对在实际生产中预报和监控烧伤亦有指导意义。     

麻花钻双曲面刃磨的数学模型及参数计算方法

介绍了以回转双曲面作为麻花钻后刀面的数学模型 ,设计参数与刃磨参数的关系。针对该钻型的特点 ,提出用钻尖主刃的外缘和横刃转点处的锋角作为其设计参数值。并以尾隙角为补充参数 ,惟一地确定钻尖的刃磨参数。给出了该钻型设计参数与刃磨参数之间的函数关系式 ,为双曲面麻花钻型的设计和刃磨提供了一定的理论基础。     

平面磨削时表层质量过程监测参数的实验研究(2)——磨削表层应力状态的过程监测和预报

磨削表面残余应力状态是影响许多机器零件使用性能的重要表面特性之一。但它极难在磨削过程中进行监测和判断。 在平面磨床上进行大量16MoCr5表面硬化钢的磨削试验证明,磨削表面残余应力σ_Ⅱ与单位面积磨削功率P″_c及磨削力比F_n/F_t间存在很好的函数对应关系,在实验数据的基础上应用回归分析的方法建立了用过程特征参量计算表面残余测定仪应力的实验公式。当P″_c:未超过第二临界值P″_(cⅡ)时,用残余应力模型所计算的数值与由X射线应力测定仪测定的数值相符合。而在超过该临界值P″_(cⅡ)的情况下,由于磨削烧伤引起表面产生二次淬硬层其至裂纹,这时计算所得的高的拉应力值不就能在工件表面测得。 综合本研究课题的第一部分及本文的结果表明,单位面积磨削功率P″_c和磨削力比F_n/F可以作为磨削过程监测和预报表层质量的可靠的过程特征参量应用于生产实践。     

片切磨削方法构造的自由曲面磨削支持系统

以操作者高效准确操作数控磨削中心为目的,开发了自由曲面磨削支持系统,进行了基于球头磨具的磨削中心基础研究。讨论了获得高精度曲面的加工要点,并提出了片切磨削方法。     

模具复磨磨削裂纹的探讨

本文较全面地分析了模具复磨时磨削裂纹产生的原因和防止模具复磨时产生裂纹的措施，在实际中对提高模具的使用寿命、降低生产成本具有指导意义。     

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。     

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。     

定向凝固镍基高温合金叶片榫齿高效深切成型磨削

针对定向凝固镍基高温合金DZ125叶片榫齿,采用电镀成型CBN砂轮对其进行了高效深切磨削(High efficiency deep grinding,HEDG)试验,对磨削比能及工件表面完整性进行了分析。结果显示,在保持速比(vs/vw)不变时,提高磨削速度vs可有效降低磨削比能,提高平均材料去除率。磨削比能表现出"尺寸效应",其值最终稳定在40~60J/mm3之间;在相同的平均材料去除率下,磨削比能随着磨削深度的增大而上升;在相同的单颗磨粒切厚下,磨削深度的差异对磨削比能的影响较小。对试验中最大平均材料去除率下获得的工件表面质量进行分析发现,已加工工件表面不同区域磨削纹理均很清晰,无皱叠及犁沟两侧翻起等现象;表层金相显微组织基本无变化,未发现相变、撕裂及晶粒扭曲现象;工件表层加工硬化程度为7.7%~19%,深度为40μm。结果显示了HEDG在高效磨削DZ125叶片榫齿中推广应用的潜力,并为其实际生产中磨削参数的选择提供了参考。     

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.     

单层钎焊砂盘磨粒分布有序性研究

对亲型非砂轮磨削工具－－单层钎焊砂盘的硬质合金磨粒在基体上的分布进行了初步研究,砂盘作为一种手握粗磨削工具,降低磨削力是最重要的,文中借鉴砂带及单层高温钎焊超硬磨料砂轮的一些研究,提出了砂盘的磨粒在基体上有序性分布的概念,将此概念应用于砂盘钎焊制造工艺上,在相同的制造工艺和磨洵深度条件下,对得到的磨粒有序性及无序性分布的砂盘进行了磨削对比实验。结果表明,砂盘磨粒的有序性分布能显著降低其磨削力。此概     

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     

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.