热管砂轮磨削高温合金GH4169实验研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在的磨削烧伤问题,根据热管技术可进一步强化磨削弧区换热的特点,设计了一种新型磨具——热管砂轮,并成功制备出能够用于实际加工的单层电镀CBN热管砂轮。随后,通过磨削对比实验,验证了热管砂轮在高效深磨高温合金GH4169时,对磨削温度的控制效果。实验结果表明:在相同实验条件下,当使用无热管的普通砂轮时,在磨削弧区会产生高温,而使用热管砂轮时可以有效将磨削温度维持在100℃以下,避免工件烧伤。

陶瓷磨削中新型多孔金属结合剂金刚石砂轮磨损特征研究

在磨削Al2O3工程陶瓷材料过程中,利用三维视频显微镜跟踪观察了新型多孔金属结合剂金刚石砂轮,金刚石的磨损过程以及砂轮表面形貌的变化。分析了新型砂轮中金刚石磨损的主要形式及原因,砂轮工作表面的状态变化特征。试验结果表明:新型多孔金属结合剂金刚石砂轮在加工过程中,金刚石的磨损形式包括磨耗磨损,破碎及脱落等磨损过程,其中以磨耗磨损为主;同时,随着结合剂的不断磨除,砂轮深层磨料能够不断出露,取代表面钝化失效、脱落的金刚石,且砂轮表面孔隙结构,随磨损过程呈交替更迭变化,砂轮具有较好的自锐性。

型面约束下的真空钎焊金刚石工艺及其等高性分析

在真空炉中采用石墨阴模对金刚石进行适当约束的方法开展钎焊试验,实现了金刚石与钢基体之间的高强度连接及磨粒等高性的有效控制.采用SEM对钎焊试样和金刚石表面形貌进行观察,采用EDS对金刚石表面定点和微区成分进行分析,使用超景深三维显微镜对磨粒等高性进行测量.结果表明,液相Cu70Sn20Ti10钎料在毛细作用下可润湿包裹在石墨阴模上粘接的金刚石,且两者界面上形成TiC反应物,由此可获得钢基体对金刚石高的把持力.钎焊过程银胶不与金刚石发生反应,同时由于银胶能够始终保持对金刚石的粘接及约束作用,所以钎焊后的磨粒等高性好.

新型多孔金属结合剂金刚石磨盘研制与磨削实验研究

针对引入孔隙结构后,多孔金属结合剂超硬磨具耐用度降低的问题,提出利用超硬磨料钎焊技术改善胎体对金刚石磨料的把持力,以提高工具寿命,并成功研制出一种新型多孔金属结合剂金刚石磨盘。测试分析了新型磨盘的节块性能,并通过磨削花岗岩安溪红635试验,对新型磨盘的磨削效果进行评价。实验结果表明：新型磨盘节块强度在100MPa左右,孔隙率为60%,孔隙在节块内部分布均匀,且金属结合剂与金刚石表面发生了牢固的化学冶金结合;磨削石材的表面粗糙度Ra0.77～1.59μm,磨盘的磨削比达到760。

高效磨削用热管砂轮传热性能试验研究

针对高强韧性难加工材料因磨削高温导致加工效率低、工件表面易出现热损伤的问题,提出了利用热管技术提高砂轮自身传热能力以增强对磨削弧区的换热效果,进而实现降低磨削温度的新方法.在此基础上,基于热管砂轮的结构与传热原理,设计并建立了一套用于测试热管砂轮传热性能的试验装置和方法,分析了砂轮速度、工质属性、热端热流输入强度、冷端散热条件和液膜厚度各因素对热管砂轮传热能力以及传热启动特性的影响规律.试验结果表明,热管砂轮能够显著增强对磨削弧区的换热效果,此外,该装置和方法可准确评估各因素对热管砂轮传热性能的影响,且适于预测热管砂轮的传热能力.

基于热管技术的磨削弧区强化换热研究

针对高效磨削中存在的磨削弧区热问题,有学者提出借鉴热工领域高效传热的热管技术来实现强化磨削弧区换热的构想。通过对热管砂轮结构的设计以及传热过程的理论分析,确定了影响热管砂轮传热性能的主要因素为工质种类、工质注液量和砂轮转速。并在搭建的传热性能试验平台上完成了热管砂轮基体的传热性能试验,探索了这些因素对热管砂轮传热性能的影响规律,确定了热管砂轮可用于缓进给深切磨削。在热管砂轮中注入18 g蒸馏水进行了电镀CBN热管砂轮与无热管砂轮缓进给深切磨削高温合金GH4169的对比试验,通过对比两种砂轮磨削条件下磨削弧区的平均温度、工件表面质量、工件表层金相组织、显微硬度以及磨削后砂轮表面形貌等,证实了热管砂轮的确具有优良的强化换热效果,可在无热管砂轮磨削发生严重烧伤的情况下将磨削弧区的温度控制在60℃以下的较低水平。

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。

磨料有序排布电镀砂轮的制备及其把持力研究

为解决电镀砂轮磨削加工中容屑空间不足的问题,采用点胶微粘接的方法制备了磨料有序排布的电镀砂轮,分析了磨料粘接效果和镀层力学性能。通过SEM分析了磨料/镀层/导电胶的结合界面,并进行了干磨削试验。研究结果表明,直径约为磨料粒径40%的胶点可粘接住磨料,单个胶点上粘接多颗磨料的占比小于6%;双脉冲电镀工艺制备的镀层显微硬度大于500HV,表层残余应力小于100MPa,磨料/镀层/导电胶之间的界面贴合紧密,无明显缺陷;砂轮在磨削时没有出现磨料脱落现象。

超硬磨料磨具修整技术研究

超硬磨料砂轮以其优越的磨削性能极大地推进了磨削技术的发展,在加工难加工材料、高效磨削和精密磨削等方面取得了显著成果。但由于超硬磨料磨削技术尚处于发展初期,还存在许多未解决的难题,其中超硬砂轮修整困难就是问题之一,该问题严重制约了超硬磨料砂轮的推广应用。本文针对超硬磨料砂轮的修整问题,归纳论述了各种超硬磨料砂轮修整的原理、特点,并对超硬磨料砂轮修整的发展方向做了展望。

热管砂轮缓进给深切磨削钛合金试验

分析了热管砂轮在磨削过程中的强化换热原理并研制出可用于磨削加工的热管砂轮,实现了对热管砂轮的抽真空检漏、精确注液以及真空封尾。最后,开展了热管砂轮缓进给深切磨削TC4钛合金的试验研究。试验结果表明,热管砂轮能将磨削弧区积聚的热量通过砂轮内部热管的换热作用快速疏导出去,从而有效降低磨削温度,避免工件烧伤。

高效磨削用热管砂轮基体应力应变分布的有限元分析

鉴于高效磨削用热管砂轮对其基体强度提出了越来越高的要求,通过ANSYS仿真软件对其进行有限元数值模拟,分别探讨了两种不同基体材料的热管砂轮在空转条件下以及磨削力和离心力共同作用下的应力应变分布,得到了热管砂轮在不同转速下的应力分布图以及径向位移的分布情况,并完成砂轮基体的强度校核。仿真结果为热管砂轮结构的改进提供了有益的参考,对热管砂轮的结构优化具有理论指导意义。

基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术

对磨削法修磨复杂形面金刚石磨料工具的技术进行研究。使用光学影像磨床,采用形面组合法对典型复杂形面金刚石工具进行修磨应用试验;通过理论分析、试验以及对修磨形貌显微观察等手段分析修磨机理;对修磨基本工艺、修磨效率和修磨精度的影响进行试验研究,并确定其相关规律。研究结果表明:磨削法修磨去除机理是通过磨粒接触面内局部接触点产生的高应力使金刚石表面发生微破碎,因此采用基于磨削法的精密修磨技术具有高效率和高精度的优点;对修整效果的主要影响因素是修磨切深、修磨速度、修磨砂轮等;单一元素形面修磨精度可以达到0.0025 mm,角度5′以内,整体形面轮廓精度可以达到0.005 mm以内,修整砂轮后采用切入磨削工件加工,其表面粗糙度可以达到0.120μm以下。

金刚石型面约束的自由磨粒挤磨修整超硬磨料砂轮方法

针对超硬磨料砂轮存在修整困难的问题,基于金刚石和普通材料在强度上存在巨大差异的特点,提出了一种在金刚石型面约束下将磨粒挤压和修磨相结合的修整方法,其基本原理是:表面有精密形状的金刚石工具通过高速旋转生成具有约束能力的高强度型面,型面通过约束自由磨粒对被修砂轮产生挤压划擦作用破坏砂轮结合剂完成砂轮高效修形,同时通过修整工具高强度金刚石磨料的微研削作用对被修砂轮型面进行进一步精密修磨。对约束型面的形成及自由磨粒在型面约束下挤压和研削作用机制进行了分析,并介绍了挤磨修整系统的构成和特性,对修整力、修磨速度和自由磨粒等参数影响规律进行了初步试验探索,结果表明,自由磨粒型面约束下的挤压能够实现超硬磨料砂轮的快速成形精密修整。

热管砂轮干磨削温度场数值模拟

基于一种利用热管技术对磨削弧区进行强化换热的构想,采用FLUENT软件建立了环形热管砂轮干磨削温度场的仿真模型,得到了热管换热能力与热流密度、转速和砂轮壁厚的关系,并在相同热流密度下对比了热管砂轮与热管砂轮弧区的温度。仿真结果表明:弧区温度会随着热流密度的增大相应升高,随着转速的增大而降低,热管的启动时间会随着砂轮壁厚的增大减慢;相同热流密度下,热管砂轮的弧区温度明显低于无热管砂轮。最后通过干磨削钛合金TC4试验,对仿真结果进行了验证。

镀液成分对高精度电镀金刚石工具镀层机械性能的影响

针对镀层机械性能对高精度电镀金刚石工具性能影响的问题,采用正交试验方案,对镍钴合金镀液的主要镀液成分硫酸镍、硫酸钴和氯化钠等进行了试验研究,用极差法对试验结果进行处理,分析了硫酸镍、硫酸钴、氯化钠的浓度对镀层抗拉强度和硬度的影响规律。镀液成分各因素对镍钴合金镀层的抗拉强度影响的主次顺序为:硫酸镍>氯化钠>硫酸钴;镀液成分各因素对镍钴合金镀层的硬度影响的主次顺序为:硫酸钴>硫酸镍>氯化钠。综合抗拉强度和硬度最优镀液配方为:硫酸镍270g/L、硫酸钴20g/L、氯化钠10g/L,硼酸30g/L,添加剂。

超硬磨具磨粒有序排布技术的原理及应用

磨料有序排布的超硬磨料工具是磨削工具家族的新品种,其工作表面具有按一定规律整齐排布的磨削刃,与传统磨具相比具有容屑空间大、磨削刃锋利、磨削力小和磨削温度低等优点,目前已经成功应用于高效精密磨削加工领域,并表现出良好的应用潜力。但如何实现磨粒高效率和精确的有序排布还是一个难题,因此迫切需要发展新的磨粒排布技术。文章介绍了有序排布磨料的基本理论,磨具的构造、主要制造方法以及研究发展情况,分析了排布方式对磨削性能的影响,并对其今后的发展方向进行了展望。

轴承滚道磨削中金刚石滚轮修整技术的应用

轴承滚道的加工精度直接影响轴承的制造精度,针对滚道磨削加工过程中精密成形修整问题,介绍了磨削用金刚石滚轮的制造方法、安装过程、修整应用工艺参数及其影响规律,同时对该方法在典型滚道中的应用实例进行了试验研究。使用新研制金刚石滚轮修整的砂轮加工出的套圈,经检测其滚道半径精度为±5μm,圆度误差为5μm,滚道位置精度为±0. 01 mm。结果表明:金刚石滚轮修整法可以用于复杂结构轴承滚道磨削中,尤其适用于多滚道磨削加工的砂轮修整,滚道之间的位置精度和修整效率均有明显提高。

基于FLUENT的热管砂轮换热能力仿真分析

采用CFD软件FLUENT建立了热管砂轮的三维有限体积传热模型,通过改变砂轮外圆面热流密度和砂轮转速,得出对应参数条件下热管砂轮的温度场分布,并分析各参数对砂轮换热能力的影响。仿真实验结果表明:随着热源面热流密度的增大,砂轮外圆面温度越高;在冷端条件一定的情况下,提高砂轮转速能降低砂轮外圆面温度。

基于点胶法的磨料有序排布电镀砂轮制备方法研究

开展基于点胶法的超硬磨料有序排布电镀砂轮制造技术研究,介绍了有序排布方式、点胶法原理,分析了胶点对磨料粘接的影响,并设计了粘接上砂的装置;对点胶法的电镀工艺进行了工艺试验及优化,并对镀层磨料结合界面进行了分析;开展了有序排布砂轮磨削性能试验研究,试验结果表明,采用点胶法制造的有序排布电镀CBN砂轮磨料镀层对磨粒具有足够的把持强度、磨削刃锋利,磨削力和磨削温度明显小于传统电镀CBN砂轮的磨削力和磨削温度。

难加工材料绿色磨削用相变储热复合砂轮的研制

高强韧性难加工材料在磨削时容易发生工件表面烧伤,而常规使用磨削液冷却带来的高能耗、环境污染等问题已不容忽视。提出利用沸腾传热和储热技术原理改善砂轮的热学性能实现砂轮对磨削弧区的强化换热,研制了具有高传热系数和较大热容属性的相变储热复合砂轮,并分析了复合砂轮的传热系数和等效热容。设计制作了复合砂轮热学性能分析装置,通过监测多个位置温度变化分析了不同热流密度、工质注入量和散热条件对复合砂轮热学性能的影响,最后进行干磨削高温合金GH4169对比试验。结果表明,复合砂轮的传热系数相对于传统金属基体砂轮可提高2~3倍,工质进入沸腾传热的启动时间在6~15 s,同时增加砂轮热容可以有效减少弧区热量积累以及减缓弧区温升速率;在缓进给深切干磨工艺下使用相变储热复合砂轮的磨削温度在330℃以下,相对于传统砂轮降低了20%。