单颗金刚石磨粒划擦20CrMnTi材料的划擦力研究

利用单颗金刚石磨粒划擦20Cr Mn Ti齿条试件试验来模拟成形磨削砂粒的磨削过程,采集了划擦过程中的划擦力,分析了划擦法向力和切向力信号的变化趋势,改变划擦深度与进给速度,探讨划擦深度与进给速度对划擦力的影响,研究不同磨粒粒度下的划擦力变化。结果表明:单颗金刚石磨粒划擦20Cr Mn Ti试件时的划擦法向力为驼峰形,而切向力波动更频繁;单颗磨粒的滑擦力随着滑擦深度、进给速度的增大而单调递增;相同条件下磨粒受到的划擦力随着磨料粒度号的增大而减小。

单颗粒金刚石划擦Si_3N_4陶瓷的磨削力研究

为揭示磨削加工中砂轮单个磨粒对工程陶瓷划擦力的作用规律,利用单颗粒金刚石磨具划擦实验来模拟砂粒实际磨削过程。分析单颗粒金刚石的划擦力产生机理,认为划擦力是由磨粒对试件的挤压力和摩擦力构成。采用不同磨削刃顶锥角与尖端圆弧半径的自制金刚石颗粒,改变划擦深度与试件进给速度,探讨金刚石颗粒磨削刃特征、划擦实验参数对Si3N4陶瓷试件划擦法向力与切向力的影响。结果发现,试件法向划擦力随磨削刃特征参数和划擦用量增大而增加;切向划擦力随磨削刃尖端圆弧半径逐渐递减,与顶锥角和划擦用量保持递增关系。

单颗金刚石磨粒划擦2D SiC_(f)/SiC复合材料实验

为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌。结果表明:在WS0(纤维编织表面的0°方向)上SiC_(f)/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂。由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大。在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0。且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕。2D SiC_(f)/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向。

单颗磨粒划擦SiCf/SiC陶瓷基复合材料的试验研究

为研究SiC纤维(SiCf)增强SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)的磨削损伤机理,搭建试验平台开展单颗磨粒划擦试验,测量划擦力并观察其表面损伤形式,研究磨粒形状、划痕深度和SiCf取向对复合材料磨削机理的影响。试验结果表明:SiCf/SiC陶瓷基复合材料的划擦损伤形式主要有基体崩碎、纤维裂纹、断裂和拔出等。在SiCf/SiC陶瓷基复合材料划擦过程中,尖锐状磨粒的划擦力更小,且整条划痕的表面损伤范围较扁平状磨粒的小。用扁平状磨粒划擦但纤维取向γ=0°时,划痕形貌中纤维断裂、纤维拔出等损伤形式出现较少。

单颗磨粒超声振动辅助划擦C/SiC复合材料三维有限元仿真

采用有限元分析软件ABAQUS建立反映C/SiC复合材料编织结构的三维仿真模型,模拟单颗金刚石磨粒划擦C/SiC复合材料的去除过程,获得划擦过程中材料上的应力、应变分布与磨削力变化曲线。通过试验获得相同划擦条件下的磨削力值,与模拟值比较,平均轴向力误差值为8.9%,平均切向力误差值为11.2%。仿真结果解释了试验中有、无超声辅助划擦两种情况下磨削力大小差异的原因。

单颗金刚石磨粒划擦多晶烧结碳化硅陶瓷试验研究

为了研究多晶烧结碳化硅陶瓷材料去除机理,利用自行搭建的单颗金刚石磨粒划擦试验平台划擦无压固相烧结碳化硅陶瓷,在线观察单颗金刚石磨粒划擦多晶烧结碳化硅陶瓷成屑过程,同时采集和分析切削力,然后用光学显微镜观察划痕形貌。试验结果表明,烧结碳化硅陶瓷切屑形态有带状和崩碎状2种,成屑过程可分为带状切屑形成阶段、带状切屑堆积阶段以及切屑崩碎阶段;当切削速度v=0.01mm/s时,切向和法向切削力在t=16s时出现显著的拐点,而v=0.04mm/s时,仅仅法向力出现拐点(t=12.5s),由于在拐点之后切屑呈崩碎状,法向力发生显著的波动;在塑性去除阶段,划痕表面仍存在微小鱼鳞状裂纹,在脆性去除阶段,随着未变形切厚增加,断裂凹坑由间断区域转变成连续区域,直至断裂面扩展至非划痕区域。

单颗磨粒划擦SiC_(f)/SiC复合材料试验研究

为研究纤维增强SiC陶瓷基复合材料磨削机理,进行单颗磨粒划擦试验。搭建试验平台,采用电镀后的单颗金刚石磨粒划擦SiC_(f)/SiC复合材料,实时采集划擦力。利用SEM图像对材料去除后的表面与存在的表面损伤形式进行表征,从而揭示磨粒形状、划痕深度与SiC纤维取向对磨削机理的影响。试验结果表明,SiC_(f)/SiC复合材料划擦过程中,扁平状磨粒产生的法向划擦力明显大于尖锐状磨粒,而纤维取向对划擦力影响较小。SiC_(f)/SiC复合材料的加工形态从韧性到脆性转变主要取决于切削深度,大部分延性域加工出现在扁平磨粒和纤维取向γ=0°情况,且脆延性转变切削深度在3μm之内。

超声振动对单颗金刚石工具划擦RB-SiC材料去除行为的影响

超声辅助磨削在硬脆材料加工领域的诸多优势已被广泛认可,研究超声辅助磨削机理对于促进超声辅助磨削工艺技术的应用有重要价值。通过单颗金刚石压头模拟砂轮磨粒,在反应烧结碳化硅(Reaction bonded silicon carbide, RB-SiC)上进行超声振动辅助的划擦试验,研究超声辅助磨削的材料去除行为。对比分析了划擦过程中不同超声振幅下的法向划擦力和切向划擦力的变化规律,通过对划痕宽度、划痕深度和划痕截面积的统计分析研究了不同振幅下划痕的三维形貌特征。在综合分析划擦力、划痕微观形貌和金刚石压头磨损的基础上,讨论了超声振动对硬脆材料加工的去除行为的影响。相比于常规的划擦试验,引入超声振动作用后,划擦力显著下降,而划擦导致的材料去除体积显著增加。超声振动划擦中金刚石压头对工件表面独特的高频冲击作用及断续的能量输入方式被认为是导致上述现象的根本原因。

金刚石结块磨粒排布层间距实验

分析现有磨粒层间距估算方法,采用洛氏金刚石压头对中等硬度花岗石G603直线等深度划擦.通过测量相同划擦深度、不同划擦间距下划擦过程的划擦力,观察划擦后划痕的形貌,综合分析划擦过程材料去除与划擦力和划痕间距的关系,并优选磨粒排布层间距.实验结果表明:磨粒层间距L存在一临界值间距L_s.当L≤L_s时,划擦力随着L的增大而增大,磨粒间工件材料可通过干涉式整体体积破碎去除;当L>L_s时,磨削力趋于稳定,不随L增大而变化,磨粒协同干涉作用消失,磨粒间工件材料无法成片去除.

列车制动盘磨粒磨损仿真分析

针对轨道车辆运行过程中进行基础制动时,制动盘与闸片接触时制动盘出现的磨粒磨损现象,采用LS-DYNA软件建立制动盘磨粒磨损模型并进行仿真分析,研究制动盘材料的磨损变形过程,分析磨损参数对划擦力的影响规律。研究表明:制动盘的磨损变形依次经历弹性变形、塑性变形、分离成屑等过程;划擦深度增大导致划擦力的增大,划擦速度对划擦力的影响较小。