外圆磨削18CrNiMo7-6力模型及表面完整性研究

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响,通过解析法,以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据,建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验,探究了磨削参数对磨削力的影响以及磨削参数和磨削力对表面完整性的影响,通过外圆横向磨削正交试验获得了外圆磨削最优工艺参数。结果表明,外圆磨削力模型法向磨削力和切向磨削力的预测平均误差分别为5.56%和7.08%;砂轮径向进给速度f_(r)对磨削力的影响最大,磨削宽度b次之,工件转速n_(w)和砂轮粒度的影响较小;f_(r)和b对残余应力的影响较大,砂轮粒度对表面粗糙度的影响最大;随着磨削力的增大,表面粗糙度值一直增大,残余应力先减小后增大,沿深度方向残余应力最大值先增大后减小,在试验所取参数条件下,影响残余应力的深度分布范围基本在20~40μm;最优工艺参数组合如下:f_(r)=0.15 mm/min,n_(w)=120 r/min,b=10 mm,砂轮粒度80。

基于遗传算法的磨削力模型系数优化及验证

在磨削力模型求解问题中,目前大多使用分段计算法或列方程组直接计算各个待求系数,不仅计算量大且其精度也无法保证。另外,传统的回归模型容易陷入局部最优,难以描述非线性关系。为此,将遗传算法引入到非线性优化函数参数优化中,基于外圆横向磨削力模型、平面磨削力模型、外圆纵向磨削力模型等现有的模型数据,开展磨削力理论模型的系数优化方法研究。相关性分析结果表明:通过计算得到的3种模型磨削力的预测精度提高了14.69%~42.54%,且3种模型所预测的法向磨削力的平均误差分别为5.9%、9.13%、3.23%,切向力平均误差分别为6.78%、8.36%、3.69%。经对比知,优化后的模型拟合度较好,模型预测精度显著提高。遗传算法优化后的非线性优化函数GA-LSQ算法更适合磨削力模型的求解,可对磨削力的预测及实际加工生产中的参数优化提供参考。

SiC陶瓷的磨削去除机理及参数对磨削力影响

为探究SiC陶瓷的磨削去除机理及磨削参数对磨削力影响规律,基于SPH(smoothed particle hydrodynamics)法建立了单磨粒冲击SiC陶瓷仿真模型,分析了SiC磨削裂纹产生和扩展机制;通过单因素试验分析了v_(s),v_(w)和a_(p)对SiC磨削去除机理、法向磨削力和切向磨削力的影响规律.结果表明,磨粒冲击导致中位裂纹和横向裂纹产生,随着磨粒压入深度的增加,横向裂纹向材料近表面区域扩展,当横向裂纹扩展至材料表面形成脆性断裂;随着v_(s)的增大,v_(w)和a_(p)的减小,磨削表面产生的凹坑区域和凹坑深度减小,塑性去除区域变大,法向磨削力和切向磨削力均呈减小趋势.研究成果为SiC构件的高效低损伤加工提供重要依据.

砂轮周面磨削参数对钢轨纵向表面粗糙度、钢轨廓形和磨削力影响的仿真与实验研究

为研究砂轮周面磨削参数对钢轨纵向表面粗糙度、钢轨廓形和磨削力的影响及其变化规律,基于传统磨削理论建立含有砂轮轴线偏转角度的磨削力数学模型,在砂轮轴线偏转不同角度时对砂轮磨削力分量、磨削平面的表面粗糙度进行磨削仿真分析,同时通过钢轨打磨实验对设备走行速度、打磨次数与砂轮轴线偏转角度分别从钢轨纵向表面粗糙度值和钢轨廓形的影响及其变化规律等方面进行研究。研究发现:采用高转速(最大线速度50 m/s)和低走行速度(不宜超过2 km/h)对砂轮周面进行打磨,可使钢轨表面获得较好的打磨效果;砂轮各磨削分力会随着砂轮轴线偏转角度增加而逐渐增大;钢轨在打磨2~4遍后其表面粗糙度值改善得更为明显,砂轮轴线相对钢轨纵断面偏转5°左右时可使钢轨获得较好的纵向表面粗糙度值且砂轮周面磨削深度的分布与磨粒磨耗更加均匀。

基于磨削力的铣刀螺旋槽磨削工艺优化

为了提高铣刀磨削质量,以铣刀磨制过程中的磨削力为对象,通过求取砂轮与铣刀接触线的表达方程,建立铣刀螺旋槽磨削过程磨削力求解模型,讨论磨削力对铣刀磨削质量的影响。以影响磨削力的主要因素铣刀进给速度及磨削深度为变量,提出等进给速度及变进给速度两种减小磨削力、降低应变的优化方案。通过调节进给速度及磨削深度,在保证磨削效率不变的情况下,减小磨削力,从而减小螺旋槽在磨削过程中因磨削力而产生的形变量。建立铣刀三维模型,导入ANSYS的Workbench中进行磨削过程仿真,得出具体形变量,验证磨削优化方案的准确性。

有序化砂轮磨削筋条表面中力对表面的效应

为了提高筋条减阻表面的加工质量,对磨粒有序化砂轮的磨削力对工件表面几何形状的影响规律进行研究。首先,根据筋条减阻表面的参数,设计能够实现筋条减阻表面加工的错位排布砂轮;其次,建立了筋条减阻表面磨削过程的简化模型,并基于有限元对工件表面形貌进行了力学仿真;最后,研究磨削速度、磨削深度、磨粒角度、排布参数等对筋条表面几何形状的影响规律,综合探讨磨削力和表面形貌之间的关系。结果表明,在磨削速度增大时,工件表面材料的隆起变形高度随着磨削力的减小而增大;在磨削深度增大时,材料的隆起变形高度随着磨削力的增大而增大;在磨粒角度增大时,材料隆起变形高度随着磨削力的增大,先增大后减小;在磨粒排布参数增大的过程中,材料隆起变形高度随着磨削力的增大而增大。

基于力信号的砂轮磨削状态在线监测研究

磨削过程监控是实现磨削加工智能化与保证制造质量的关键.磨削力是磨削加工过程中一个重要的伴随信号特征,它直接跟砂轮磨损程度、磨削热、砂轮与工件接触状态等事件之间有着密切联系.为了提升微晶刚玉砂轮磨削齿轮工艺的精密化、自动化与智能化水平,开展砂轮磨削状态在线监测与砂轮磨损机制研究,建立磨削力时频两域信号与砂轮–工件接触状态、砂轮磨损程度事件之间的内在关联,提出一种基于实时力信号的砂轮磨削状态的在线监测新方法.同时,采用激光共聚焦显微镜与扫描电镜表征分析了微晶刚玉砂轮形貌蕴含的磨损机理.研究表明,磨削力时域波谱的峭度、波形指标、峰值指标、脉冲指标等波形特征指标分布规律呈现为变切深磨削状态≥显著磨损砂轮的稳态磨削状态≥轻度磨损砂轮的稳态磨削状态>未接触状态的鲜明态势.然而,磨削力幅频谱的峭度、脉冲指标两项波形特征值在不同磨削状态下的变化规律却与时域信号截然相反.砂轮工作表面三维粗糙度随磨损演变呈现出先略微减小后增大的变化规律,而微晶刚玉磨粒的聚微晶结构使其拥有沿微晶界面呈现逐层解理剥落的更新自锐能力.

气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的磨削力与表面粗糙度

【目的】探究气鼓轮砂带砂光参数对磨削力的影响以及磨削力与砂光表面粗糙度的关系,为更好控制气鼓轮砂带砂光木(板)材的表面粗糙度提供理论参考。【方法】开展气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的单因素试验,运用流体腔理论建立气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型,基于有限元模型和单因素试验,探究气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差对磨削力和砂光表面粗糙度的影响,并分析磨削力与砂光表面粗糙度的关系。【结果】随着气鼓轮气压、进给量、轴平行度误差增加,试件总磨削力增大,但其引起总磨削力增大的原因不同;试件接触中心节点法向应力大小主要与气鼓轮气压有关;对应同一试件的中间区域(6~59 mm),气鼓轮气压组和进给量组试件的局部磨削力近似相等,轴平行度误差组试件的局部磨削力与位置近似线性相关;气鼓轮气压对试件磨削力和表面粗糙度影响较小,进给量可较明显改善试件表面粗糙度;试件表面粗糙度与局部磨削力的线性拟合相关系数R2为0.975,与总磨削力的线性拟合相关系数R2为0.871,表面粗糙度与局部磨削力的线性相关性更好。【结论】气鼓轮砂带砂光饰面中密度纤维板的有限元模型可以准确计算试件磨削力;分析气鼓轮磨削力与试件砂光表面粗糙度的关系时,选择试件局部磨削力比试件总磨削力和试件法向应力更好。

机器人恒力干磨削的材料去除深度建模

在机器人末端安装被动柔顺装置进行恒力干磨削加工,材料去除深度较难控制。为确定合适的磨削用量控制材料去除深度,根据磨削理论和磨削力经验公式,建立关于法向压力、进给速度和主轴转速的材料去除深度模型,材料去除深度与磨削用量指数幂的乘积成正比。通过正交实验标定模型的未知参数,建立完整的材料去除深度模型;通过单变量实验分析材料去除深度与磨削用量的关系;通过多变量随机实验对材料去除深度模型进行验证。单变量实验和随机实验表明,材料去除深度与磨削用量指数幂的乘积成正比。在磨削加工精度允许范围内,可以根据材料去除深度模型确定磨削用量控制材料去除深度。

二维超声振动辅助磨削的磨削力建模

在研究二维超声振动下单颗磨粒的运动特性基础上,根据体积不变原理确定了平均切屑厚度.基于磨粒的几何形状以及材料的弹性回复率,推导出切屑变形力模型;根据摩擦力来源于磨粒与工件弹性接触和切屑流出,构建摩擦力模型;考虑到高频振动所产生的冲击作用对总磨削力的影响,建立冲击力模型.综合切屑变形力、摩擦力和冲击力模型,得出二维超声磨削的磨削力模型.通过氧化铝陶瓷二维超声磨削实验研究,确定了模型中的常数,并验证了磨削力模型的合理性.结果表明,法向力、切向力的实验值与理论值之间的平均误差分别为11.09%和8.07%,误差最大值不超出20%,所建模型具有预测作用.

2.5D-C/SiC复合材料超声振动辅助磨削力研究

为探究2.5D-C/SiC复合材料超声振动辅助磨削去除机理和磨削力影响规律,首先通过试验分析了2.5D-C/SiC复合材料基体、纬向纤维、经向纤维和钉扎部分的去除机理;然后通过正交试验分析了磨削工艺参数(主轴转速n s、进给速度v_(w)、磨削深度a_(p)和超声振幅A)对法向和切向磨削力的影响主次;最后通过单因素试验分析了磨削工艺参数对法向和切向磨削力的影响规律。试验结果表明,材料的去除是基体碎裂、纤维断裂、纤维拨出、界面脱粘等因素的综合作用;法向磨削力的影响主次为:a_(p)>v_(w)>n_(s)>A;切向磨削力的影响主次为:v_(w)>a_(p)>n_(s)>A;磨削力与n_(s)和A成反比,与a_(p)和v_(w)成正比。

16Cr3NiWMoVNbE钢碳氮共渗层磨削力试验研究

为了提高16Cr3NiWMoVNbE钢的使用性能,通常需要进行碳氮共渗表面硬化处理。为了解决16Cr3NiWMoVNbE钢碳氮共渗层易出现磨削烧伤、裂纹等问题,开展了白刚玉砂轮磨削力试验。首先,分析了磨削3要素(磨削速度、工件进给速度和磨削切深)对磨削力的影响规律;其次,分析了白刚玉砂轮磨粒大小、砂轮硬度和气孔率对磨削力的影响规律;最后,分析了磨削3要素对工件表面形貌的影响规律。结果表明,随着磨削切深的增大,磨削力增大;随着工件进给速度的增大,磨削力增大;随着砂轮速度的增大,磨削力减小。随着砂轮磨粒的增大,磨削力减小;为了减小磨削力、提高砂轮切削性能,白刚玉砂轮适合选用J级硬度和4号组织号。减小磨削切深、工件进给速度,增大砂轮速度,可改善工件表面形貌。

工程陶瓷圆弧成形磨削力预测与实验研究

圆弧成形磨削是难加工零件复杂型面的加工方法,对其磨削力的研究有利于改善工程陶瓷的表面质量。基于圆弧砂轮的结构特点及尺寸趋近思想对陶瓷材料圆弧成形磨削力进行预测。通过研究磨粒对工程陶瓷的去除机制,提出建立单颗磨粒滑擦、塑性及脆性去除磨削力模型。基于砂轮磨粒尺寸与分布差异,利用概率统计方法对磨削中不同去除方式的有效磨粒数进行探讨,进而实现圆弧成形磨削力理论模型的构建。最后通过磨削力实验对理论模型进行验证。结果表明:法向磨削力和切向磨削力理论值与实验值平均误差分别为8.793%和9.986%;磨削力随着磨削深度及进给速度的增加而增加,随着砂轮速度的增加而减小。

钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的磨削力研究

采用钎焊金刚石砂轮对两种硬质合金进行磨削实验,通过测量磨削过程中的磨削水平力和垂直力,对砂轮所受的单位宽度法向力、切向力和力比进行了研究。建立了单颗磨粒磨削力与加工参数间的理论模型,并用实验数据进行验证。理论分析了磨削深度、进给速度对单位宽度磨削力、单颗磨粒磨削力及力比的影响程度。

内圆磨削HIPSN工程陶瓷磨削力的实验研究

目的研究不同工况下，金刚石砂轮内圆磨削HIPSN陶瓷过程中的磨削力的变化特征；建立HIPSN陶瓷内圆磨削的经验力学公式．方法利用旋转测力仪进行了不同砂轮转速、径向切削深度、以及工件转速对磨削力影响的测试实验．结果HIPSN陶瓷材料磨削力比Fn／Ft=6～11，在硬脆材料中较大，可加工性相对较差．结论通过对建立的HIPSN陶瓷内圆磨削公式的分析可知，与HIPSN陶瓷内圆磨削力关系最大的为砂轮转速，其次是切削深度，工件转速影响最小．通过验证，所提出的公式的平均相对误差在2％以内，对生产实践具有一定借鉴和指导作用．

PCBN磨粒对In625镍基合金高速磨削力影响分析

为了提高对镍基合金加工性能的认识,设计了以PCBN磨粒对In625镍基合金进行高速磨削的测试方案,通过MV-40进行In625磨粒高速磨削实验,分析了磨损程度的变化情况。研究结果表明:当磨削次数增加后形成更大磨削力,磨削力对PCBN磨粒磨削刃磨损程度也存在明显作用,磨粒受到了更大的磨削力作用,造成磨损破碎,引起磨削力减小。逐渐提高磨削次数时,磨削力比先升高再降低,磨削效率先减小再上升。提高磨削深度后,形成了更大的磨削力作用,造成了更严重的磨粒磨损,并生成了更多微磨削刃。

干/湿磨条件下HIPSN陶瓷磨削力实验研究

研究金刚石砂轮对HIPSN陶瓷平面磨削过程中,不同工艺参数对磨削力的影响。通过正交实验,在干/湿磨两种条件下研究砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削力的影响。在其他参数不变的条件下,湿磨时的法向磨削力大于干磨时的法向磨削力,湿磨时的切向磨削力小于干磨时的切向磨削力。湿磨时的磨削力比大于干磨时的磨削力比,湿磨时的比磨削能小于干磨时的比磨削能。在一定条件下,干磨时的磨削力更有助于高精度表面质量的形成,为绿色加工和生产实践提供了一定的指导意义。

切向超声振动辅助磨削对单颗粒切削力的影响

通过引入单位磨削力,结合超声振动辅助磨削过程中单颗粒的运动学分析及其切削深度计算,建立了单颗粒动态切削力及其平均切削力数学模型,进而推导出磨削区内的平均切削力公式;通过试验对普通磨削力和切向超声振动辅助磨削力进行了研究。研究结果表明,在相同的加工条件下,超声振动辅助磨削的单位磨削力低于普通磨削;切向超声振动的引入使磨削力比有较大幅度的降低,利于改善硬脆材料的可加工性。模型仿真结果与试验结果基本一致,证明了切削力数学模型的正确性。

硬质合金刀具螺旋槽缓进给磨削力研究

用离散化方法将砂轮看作是由一组不同直径的单位厚度薄片组成的,分析了硬质合金刀具螺旋槽缓进给成形磨削的磨削力;基于工件轴向磨削力和力矩建立了一个表征砂轮锐利程度的磨削力比数学模型。通过建立的测力系统测量了螺旋槽缓进给磨削过程中轴向磨削力和力矩,并对其信号进行了分析。在理论和实验的基础上获得了两种磨削参数下的磨削力比。研究结果表明,磨削力比可作为硬质合金刀具螺旋槽缓进给磨削过程的评价参数。

SiCp/Al复合材料磨削力实验分析

在高精密平面磨床上,使用金刚石砂轮磨削SiCp/Al复合材料,通过PCI-1712高速数据采集卡采集实验数据.在Matlab软件里,通过对不同磨削参数下的信号进行时域和小波分析,得出在砂轮速度一定时,进给速度对磨削力和磨削力比的影响最大,磨削深度次之,实验结果表明:随着进给速度和磨削深度的增大、磨削力增大,磨削力比减小。