单颗磨粒切削TC4钛合金过程摩擦行为仿真与研究

通过有限元仿真软件研究了单颗磨粒在切削TC4钛合金过程中的摩擦行为及其对抛光加工的影响。利用Abaqus软件建立了单颗磨粒切削TC4钛合金过程中材料的塑性变形模型,并应用迭代自适应网格重划分技术,准确模拟了不同摩擦系数下单颗磨粒切削TC4钛合金表面时的接触应力分布和塑性变形,为优化TC4钛合金叶片抛光工艺提供了理论依据。研究表明,摩擦系数对切削深度和材料堆积率有影响,特别是在磨粒切出阶段,摩擦系数的增加会显著促进材料在磨粒前端和两侧的堆积,故在实际抛光加工中应合理控制摩擦系数。

单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术

脆性材料磨削加工中容易出现表面亚表面损伤等质量问题,而且加工效率较低,这已经成为脆性材料产品大规模商品化生产的瓶颈。本文提出了一种新的工艺构想,即采用磨粒有序排布的砂轮及其精细的修整工艺实现单颗磨粒切厚均匀化,使得每颗磨粒都处于脆性材料的延性加工状态,从而实现脆性材料的延性域磨削。基于此构想,制作了磨粒有序排布的单层钎焊超硬磨料砂轮,并进行了一系列的修整和磨削试验,最后实现了氧化锆陶瓷的延性域磨削。实验证明该工艺方法可行,有效且可操作。

超声振动辅助磨削弧区的单颗磨粒切厚特征

为准确描述超声振动下的单颗磨粒切厚特征,实测多层金属结合剂金刚石砂轮表面的相邻2颗磨粒的周向间距以及磨粒出刃高度;依据超声振动辅助磨削的磨粒运动轨迹方程及相邻磨粒运动轨迹干涉理论,采用等分线法,利用MATLAB软件求解磨粒在完整接触弧区的单颗磨粒切厚值,并分析各主要参数对单颗磨粒切厚特征的影响。结果表明:相邻磨粒间距、相邻磨粒高度差对单颗磨粒切厚的影响均呈线性变化;单颗磨粒切厚随超声振幅的增大而线性增大,且随超声振动频率的增大而阶段性变化;超声振动辅助磨削的单颗磨粒切厚特征受砂轮转速、磨削深度的影响较大,受工件进给速度的影响相对较小。

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。

合金钢20CrMo的单颗磨粒高速磨削仿真研究

磨削是磨具表面大量形状各异且复杂多边形的磨粒参与切削工件的加工工艺,其过程复杂、试验观察困难,从而单颗磨粒切削研究成为研究磨削机理的重要手段。根据单颗磨粒的切削特点,分别建立其单颗CBN磨粒高速划擦的力学模型和有限仿真模型,利用数值仿真软件Matlab及有限元软件Abaqus对合金钢20Cr Mo的磨削进行了仿真研究。仿真结果表明单颗磨粒高速划擦的力学模型的正确性,同时分析了未变形切削厚度与其它磨削工艺参数在单颗磨粒切削过程中对磨削力的影响规律。

介观尺度下单颗磨粒对切屑变形区应力影响研究

为研究TC4合金在介观尺度下的磨削过程中切屑变形区的应力分布对切屑的形成及磨削工件表面质量的影响,基于热-力耦合理论建立了单颗磨粒磨削理论模型,并利用ABAQUS对磨削过程进行了有限元仿真分析。仿真结果表明:当磨削深度小于0.5μm时,继续减小有利于减小切屑变形区流动应力的变化幅度,从而提高工件质量;与磨粒圆锥角度相比,磨削速度对切屑变形区应力变化影响更为显著,其变化值基本保持在400MPa左右。研究结果对进一步提高工件表面质量及TC4合金的磨削性能奠定了理论基础。

单颗磨粒切削氮化硅陶瓷表面残留高度研究

基于单颗磨粒切削路径规划和未变形切屑厚度模型,建立加工表面残留高度与加工参数之间的关系模型。在高精度数控平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷加工实验,结果表明残留高度与与切削力呈正相关关系。当材料去除方式为以脆性裂纹扩展控制的断裂破碎时,加工表面残留高度现象相对明显。通过对正交实验结果进行分析,获得有助于降低表面残留高度的加工参数组合,可用于指导实际磨削加工,并通过磨削实验进行验证。

单层钎焊CBN砂轮表面形貌重构与磨粒切厚分布特征研究

为了更加准确地研究磨削加工机理及预测磨削结果,测量并重构单层钎焊CBN砂轮的表面形貌,并以此为基础研究不同工艺参数下的单颗磨粒切厚分布特征。结果表明:试验砂轮表面磨粒高度的分布形态并不符合正态分布特征,需要采用Johnson变换重构整个砂轮表面的磨粒高度分布特征;单颗磨粒切厚分布特征受磨削参数和砂轮磨损的影响较大。

单颗磨粒铰珩毛刺截面的仿真与验证

通过建立单颗磨粒微切削模型,分析了铰珩毛刺的形成过程。以侧边毛刺截面积为毛刺评价指标,研究了切削深度、切削宽度和刃倾角对毛刺形成的影响规律,并通过试验验证模型的准确性。分析结果显示:工件材料的塑性变形是影响毛刺形成的主要因素,塑性变形量越大,毛刺截面积越大;切削深度、切削宽度增加,毛刺截面积明显增大;刃倾角由负值向正值变化时,由于材料塑性变形量和流动方向的变化,毛刺尺寸逐渐增大。

基于单颗磨粒划擦的铰珩毛刺形貌研究

搭建了单颗磨粒划擦试验平台,开展了单颗磨粒铰珩试验研究。以毛刺高度和根部厚度作为毛刺尺寸评价指标,分析了切削深度、切削速度和进给速度对毛刺形貌的影响规律。试验结果显示:切削深度对于毛刺尺寸影响最大,切削速度和进给速度对于毛刺尺寸影响较小。毛刺尺寸随切削深度的增大而增大,切削速度和进给速度的增加,毛刺尺寸变化不明显。

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 efficieney 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（Us／‰）不变时，提高磨削速度饥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／mm^3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。

钎焊金刚石套料钻CFRP制孔研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)中高硬度碳纤维易加速孔加工钻头的磨损,导致加工质量变差。采用钎焊金刚石套料钻加工CFRP不仅可提高钻头的耐磨性,加工质量也得到了改善。为更好地优化提高套料钻加工性能,试验采用有序排布的金刚石磨粒制作钎焊套料钻,尝试通过改变磨粒数量来调整单颗磨粒切厚大小,对相同工艺参数下不同单颗磨粒切厚对钻削轴向力、孔壁粗糙度以及出入口质量的影响进行了研究。建立了金刚石磨粒的运动模型,并分析了套料钻制孔中已加工表面的形成过程。试验结果与分析表明:制孔质量与容屑空间和单颗磨粒切厚有关。在容屑空间充足的情况下,随着单颗磨粒切厚的减小,轴向力减小,制孔质量提高。

镍基高温合金高效成型磨削的研究进展与展望

镍基高温合金因其优异的高温强度、热稳定性和抗疲劳特性,被广泛应用于航空发动机的核心部件,该材料机械加工性差,成型加工更加困难。本文阐述了镍基高温合金高效磨削工艺的研究现状,找出了成型磨削加工应用中存在的瓶颈,并对现有的解决方法加以剖析;提出以确保成型面具有相同单颗磨料切厚为目标优化成型砂轮磨粒排布,并与高效深切磨削工艺(HEDG)相结合的构想,以达到进一步挖掘高效成型磨削技术在航空难加工材料成型加工中潜力之目的。