CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性分析

为分析不同影响因素对CFRP砂轮高速外圆磨削稳定性的影响,采用铁木辛柯梁理论对具有阶梯特征的工件进行动力学分析,结合锤击试验测得砂轮动态特性,对高速磨削过程中的砂轮-工件两自由度系统进行了磨削稳定性分析。在对阶梯工件进行动力学分析的过程中,发现阶梯特征对于动态特性的影响较小,误差小于2%。在稳定性分析中发现,不同的砂轮转速和不同的工件磨削位置均会影响磨削稳定性。磨削位置越靠近工件中心,工件刚度越弱,磨削稳定性降低易诱发颤振;而在靠近顶尖支撑的位置,由于工件刚度增强,该位置的磨削稳定性将同时受到工件和砂轮的动力学性能的影响。通过磨削试验验证了分析方法的有效性,试验结果表明,工件磨削位置的刚度差异将会影响加工表面质量,由磨削失稳导致的粗糙度增幅可达51.6%。

基于五轴平台的枞树型轮槽铣刀加工工艺分析

轮槽成型铣刀是加工汽轮机轮毂槽的重要工具,其结构复杂且加工困难。为提高加工效率和精度,以某型高速钢轮槽铣刀为例,提出基于五轴平台的加工工艺方法。使用UG软件基于五轴车铣复合机床规划粗加工刀具路径,并采用专用后置处理器生成数控加工程序,通过虚拟机床进行仿真验证;采用NUMROTO软件规划精加工路径,获得磨削NC代码并进行虚拟加工验证;进行实际切削验证,通过DOOSAN PUMA SMX2600ST车铣复合加工中心对刀具进行粗加工后,在SAACKE UWIF五轴工具磨床上完成刀具的精加工。实验结果证明,该工艺方法不仅能保证产品质量符合工艺设计要求,而且制造效率提高了20%。

钢轨铣磨技术在高速铁路小半径曲线的应用

为解决高速铁路进出站或临近管界的小半径曲线钢轨表面疲劳伤损问题,修复钢轨廓形,结合现场调查数据,分析了小半径曲线地段钢轨廓形质量、轨面状态、钢轨廓形偏差和轮轨接触关系。从轮轨关系角度分析了轨面疲劳伤损产生原因,提出了利用钢轨铣磨车和道岔打磨车的综合整治方案。结果表明:铣磨打磨作业后钢轨廓形质量和轨面状态得到明显改善;轮轨接触点分布位置更加合理,分布范围更加均匀,有效避免了轨面应力集中问题;动检车横向加速度明显减小,轮轨接触关系得到改善。

Comparative investigation on high-speed grinding of TiCp/Ti–6Al–4V particulate reinforced titanium matrix composites with single-layer electroplated and brazed CBN wheels

In order to develop the high-efficiency and precision machining technique of TiCp/Ti - 6Al-4V particulate reinforced titanium matrix composites （PTMCs）, high-speed grinding experiments were conducted using the single-layer electroplated cubic boron nitride （CBN） wheel and brazed CBN wheel, respectively. The comparative grinding performance was studied in terms of grinding force, grinding temperature, grinding-induced surface features and defects. The results display that the grinding forces and grinding temperature obtained with the brazed CBN wheel are always lower than those with the electroplated CBN wheel. Though the voids and microcracks are the dominant grinding-induced surface defects, the brazed CBN wheel produces less surface defects compared to the electroplated wheel according to the statistical analysis results. The max mum materials removal rate with the brazed CBN wheel is much higher than that with the electroplated one. All above indicate that the single-layer brazed CBN super-abrasive wheel is more suitable for high-speed grinding of PTMCs than the electroplated counterpart.

大直径非递减厚度高速砂轮基体的结构设计

高速磨削是最先进的磨削工艺之一,实现高速磨削的主要方法就是使大直径砂轮在高转速下进行磨削。当砂轮高速旋转时,其基体芯部的应力水平将接近材料的失效极限,因此需对砂轮基体的结构强度进行设计。以往的高速砂轮基体都是采用递减厚度的结构设计方法,递减厚度就是指砂轮芯部厚度非常大而砂轮外侧厚度却非常小,这种砂轮设计的方法容易造成砂轮重量偏大且砂轮工作面宽度偏小,致使砂轮基体的使用效率大大降低。砂轮基体的非递减厚度设计就是不关注厚度设计参数,而是注重砂轮除厚度以外的平面结构设计,把砂轮中心孔边缘的厚度作为砂轮基体结构的约束条件,从增大中心孔边缘的材料延伸和减轻砂轮外侧离心力的传递着手,减小砂轮基体芯部的应力集中并使砂轮整体应力分布趋于均匀。文中通过几种简单的结构设计,可在厚度非递减的情况下降低砂轮基体中心孔边缘的环向应力,其中最大降幅可达170.6%。通过这几种结构设计思想可以衍生出更多的结构设计方法。这些砂轮基体结构设计方法可使砂轮的最大环向应力由砂轮芯部移向砂轮外侧,降低了砂轮芯部的应力水平,放宽了砂轮芯部厚度过大的设计局限。

难加工材料超高速磨削亚表面损伤研究

航空航天领域关键零部件往往采用高性能难加工材料制成,极差的可磨削性使得材料的高质高效加工成为难以突破的瓶颈。本文提出采用超高速磨削方法解决上述问题,并针对多种具有代表性的航空航天领域工程材料,包括钛合金、镍基高温合金、反应烧结碳化硅及铝基碳化硅开展超高速磨削试验,对材料表面完整性进行了表征和分析讨论。结果表明,超高速磨削可提高工件表层材料的应变梯度和温度梯度,改善难加工金属、陶瓷、复合材料的可磨削性,降低亚表面损伤深度,提高材料去除效率。本文的探索性研究为航空航天难加工材料零部件的高质高效加工提供了一条可行的技术路线,具有广阔的应用前景。

超高速磨削技术在机械制造领域中的应用

概述了超高速磨削加工的起源、发展历程和现状·总结了超高速磨削的优越性和若干特点·介绍了高效深磨、超高速精密磨削、难磨材料的超高速磨削在机械制造领域的应用和超高速磨削的绿色加工特性·高速和超高速磨削是提高磨削效率、降低工件表面粗糙度和提高零件加工质量的先进加工技术·超高速磨削能越过磨削'热沟',减少传入工件的磨削热,从而避免或减少工件表面磨削'烧伤',产生残余压应力的加工表面·超高速磨削可以对硬脆材料实现延性域磨削加工,对高塑性、高强度等难加工材料也有良好的磨削性能·

不锈钢超高速磨削试验研究

为避免不锈钢磨削中发生砂轮堵塞,减轻磨削烧伤的程度,提高加工效率,优化加工工艺,对不锈钢进行超高速磨削试验研究。在高速/超高速磨削条件下,研究了不同砂轮线速度、工件进给速度和进给量对不锈钢磨削的磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响作用,并检测了不同工况下的砂轮表面状态。研究结果表明,不锈钢在超高速磨削状态下,选择合理的工作台速度和磨削深度能有效提高加工效率,同时又能保证磨削质量。

超高速陶瓷CBN砂轮纳米陶瓷结合剂性能实验研究

以超高速陶瓷CBN砂轮的结合剂低温高强性能要求为目标,在以化学纯原料为主的R2O+RO-B2O3-Al2O3-SiO2玻璃体系基础上,引入纳米改性剂来对陶瓷结合剂基体进行改良强化。4种成分结合剂性能的测试结果表明,纳米陶瓷结合剂的抗折强度、耐火度、浸润性与普通陶瓷结合剂相比有着显著优势。4号纳米陶瓷结合剂的抗折强度达到了83.75MPa,耐火度降至795℃,其膨胀系数也与CBN磨料更为接近,是一种更适合用于制备超高速陶瓷CBN砂轮的结合剂。

金刚石纤维砂轮的制备及磨削表面质量研究

提出和制备一种新型结构的金刚石纤维砂轮.利用粉末注射成形技术和真空钎焊技术制备出长径比大、金刚石把持力大的金刚石纤维,通过在砂轮胎体材料中添加造孔剂引入多孔隙结构以提高容屑空间,将金刚石纤维在砂轮胎体材料中进行有序排布,对砂轮胎体材料进行热压成形制备出新型金刚石纤维砂轮.新型金刚石纤维砂轮制备后,开展其与普通树脂结合剂金刚石砂轮在相同试验条件下的磨削表面质量研究.试验结果表明：金刚石纤维砂轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂砂轮,加工表面完整性较好,宏观裂纹和表面损伤相对较少;当进给速度为40 mm/s,磨削深度为40μm时,金刚石纤维砂轮磨削表面粗糙度为0.52 μm,比普通树脂结合剂砂轮的磨削表面粗糙度降低了20％;相同试验条件下,新型金刚石纤维砂轮的磨削表面残余应力下降了8％～12％,金刚石在磨削过程中主要经历了完整、小块破碎、大块破碎、磨耗等正常磨损形式,其具有较长的使用寿命.

超高速点磨削相关机理研究

结合超高速磨削技术和点磨削工艺,给出对点磨削及其相关技术的理解。建立砂轮磨损和承载等模型,研究发现,与传统外圆磨削相比,点磨削砂轮承载更均匀,寿命更长,磨削性能更佳。由点磨削参数条件下的单颗磨粒成屑试验发现,磨粒的实际切深要比理论切深小,并由单颗磨粒成屑机理给出合理解释。由砂轮连续成屑机理和砂轮相对工件运动轨迹的分析发现,工件轴向进给速度应低于保证良好磨削表面的最小旋切圈数的临界值。点磨削是一种优质的旋切工艺,能够实现较大切深的磨削加工,兼具高材料去除率和高表面质量的优点。由于主轴偏摆,砂轮和工件接触无闭合磨削区,经湿磨试验发现,点磨削接触区内有更大流量的磨削液通过。

高速磨削中的快速现场动平衡技术

本文研究高速高精度磨削中的快速现场动平衡技术。利用线性系统的基本理论对砂轮—主轴系统的不平衡响应进行了分析。论证了快速现场动平衡技术的基本原理并提出了一种实用的快速现场动平衡方法。平衡过程由预平衡和现场动平衡两个步骤构成。对一定安装条件的砂轮 -主轴系统 ,通过预平衡测定不平衡量与轴承座振动幅值的比例常数及振动量相对于不平衡量的滞后角。利用测出的比例常数和滞后角 ,对高速磨削过程中出现的不平衡振动 ,可实现转子系统一次试加重的快速动平衡。可在数分钟内使转子的残余不平衡量降低至原始不平衡量的 5 %以下。实验表明该方法具有平衡精度高 ,平衡速度快 ,易实施的特点。

陶瓷高速砂轮结合剂中不同成份对砂轮强度影响的探讨

针对我国陶瓷高速砂轮特别是粗粒度高速砂轮回转强度不稳定的问题 ,本文主要对粘土—钾长石—硼玻璃、粘土—钾 钠长石—硼玻璃、粘土—钾长石—钙玻璃、粘土—钾长石—锂辉石等系统的结合剂进行研究。在现行的同一工艺条件下 ,用白刚玉WA46#磨料 90 %、陶瓷结合剂 10 %制备成磨具进行陶瓷结合剂的性能比较 ,对结合剂中不同成份对砂轮强度的影响进行了探讨 ,以找到一种既能满足现行生产工艺 ,又能提高粗粒度陶瓷高速砂轮回转强度的陶瓷结合剂。研究结果表明 :在常用的粘土—钾长石—硼玻璃系统中引入钠长石 ,当钠长石达到适当比例 ( 2 1% ) ,所制备的结合剂生产的陶瓷砂轮回转强度提高 ,且与现行生产工艺匹配、工艺性能稳定 。

树脂结合剂金刚石堆积磨料砂轮磨削YG8硬质合金

为探究金刚石堆积磨料在树脂结合剂砂轮中的磨削性能,采用ZLB–60旋转式制粒机制备了金刚石浓度为150%、200%、250%的陶瓷结合剂金刚石堆积磨料,其单颗粒静压强度分别为61 N、65 N、36 N。选用金刚石浓度为200%的金刚石堆积磨料与相同原始粒度的单颗粒金刚石配比制备金刚石浓度为100%的树脂结合剂金刚石砂轮,在自制磨削平台上对YG8硬质合金进行磨削性能测试。磨削结果显示:当金刚石堆积磨料体积分数为30%时,树脂结合剂金刚石砂轮的磨削性能最佳,磨削比为145.11,磨削效率为13.64 g/h,较相同原始粒度单颗粒金刚石砂轮的分别提高了152%和40%。

超高速纳米陶瓷结合剂CBN砂轮制备与实验

将纳米复合材料技术应用于超高速陶瓷结合剂CBN砂轮试验研究,制备出力学性能和热学性能有明显改观的纳米陶瓷结合剂.与普通陶瓷CBN砂轮结合剂的实验结果相比,纳米陶瓷结合剂在耐火度、线膨胀系数、浸润性以及抗折强度上都有着显著优势,其砂轮贴片样条抗折强度达到了88.23 MPa,耐火度约为795℃.以此制备出的超高速纳米陶瓷结合剂CBN砂轮,不但安全性高,而且在对不锈钢、钛合金、高速钢几种难磨金属的干磨实验测试中也表现出了良好磨削性能.

高速磨削用单层钎焊CBN砂轮及其磨削性能

针对钎焊砂轮存在的热变形导致精度降低的问题,提出基于局部加热的超高频感应钎焊工艺方法制备高速磨削用单层钎焊CBN砂轮,采用三坐标测量仪对砂轮及其钎焊前后的尺寸进行测量,最后对该砂轮高速磨削镍基高温合金磨削性能进行评价。三坐标测量结果显示,钎焊CBN砂轮基体的变形量小于16μm,在高速重负磨削镍基高温合金试验中,加工表面未见裂纹和烧伤,表面粗糙度可达Ra0.4μm,砂轮表现为正常磨耗磨损。表明超高频感应钎焊工艺制备的单层钎焊砂轮在高速磨削具有应用潜力。

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的高速磨削机理试验研究

针对超音速火焰喷涂WC-17Co高硬涂层的加工难题,对WC-17Co涂层进行了高速/超高速磨削试验。通过考察不同金刚石砂轮和磨削工艺参数对磨削力、磨削温度和表面残余应力、表面/亚表面微观形貌和表面粗糙度的影响,讨论了最大未变形切屑厚度与比磨削能的内在关系,分析了磨削温度对表面残余应力的作用规律,探讨了法向磨削力对涂层亚表面损伤的作用规律。结果表明:WC-17Co涂层磨削去除是脆性和延性去除并存;提高砂轮线速度将使磨削力先快速减小后缓慢增大,磨削温度持续升高,涂层磨削从脆性去除转为延性去除的趋势也逐渐增强,表面残余应力由压应力逐渐转变为拉应力,而磨削高温引起涂层热塑性变形是表面残余应力状态转变的根本原因。涂层亚表面磨削损伤层平均深度随法向磨削力的增大而变大。提高砂轮线速度、降低工作台速度和减小磨削深度均能增大涂层磨削塑性去除的比例。

CBN砂轮超高速磨削条件下加工表面粗糙度的实验研究

在高速超高速磨削工艺实验基础上,分析了砂轮线速度、切削深度、最大未变形切屑厚度等工艺参数对45#钢、40Cr两种材料磨削表面粗糙度的影响,揭示了在高速超高速磨削条件下用CBN砂轮进行磨削时,表面粗糙度值随砂轮线速度的提高而减小,随切削深度及最大未变形切屑厚度增加而加大的变化规律和机理。为特定材料在高速超高速磨削条件下的加工提供了参考依据。

超硬磨具用环氧树脂胶粘剂粘接强度影响因素的研究

研究了陶瓷结合剂超硬磨具用CH型环氧树脂胶粘剂固化比、温度和添加铜粉改性对胶粘剂粘接强度的影响。结果表明:A(环氧树脂)∶B(固化剂)的不同配比显著影响粘接强度,A∶B=2∶3或3∶2时,其强度达到最大。随温度上升,粘接强度逐渐下降,当温度上升到125℃时其粘接强度仍能达到10M Pa。添加铜粉改性后,胶粘剂粘接强度随着铜粉的增加先增加后下降,当铜粉含量为5w t%时,其强度最大,比不改性的胶粘剂粘接强度提高约25%。

超高速磨削砂轮技术发展

高速超高速磨削加工是先进制造方法的重要组成部分,集粗精加工于一身,达到可与车、铣和刨削等切削加工方法相媲美的金属磨除率,而且能实现对难磨材料的高性能加工。本文主要论述了高速超高速磨削工艺技术的特点;分析了超高速砂轮用电镀或涂层超硬磨料(CBN、金刚石)的特点以及修整方法,介绍了广泛应用于高速及超高速磨床的德国Hofmann公司砂轮液体式自动平衡装置。