面向工程陶瓷的单颗金刚石磨粒划擦磨损规律

为了研究工程陶瓷平面磨削中金刚石砂轮的磨粒磨损规律,制备圆锥形单颗粒金刚石磨具模拟实际磨粒切削刃。以金刚石磨粒的尖端圆弧半径表征磨粒切削刃锋利程度与磨削能力,并用圆弧半径的磨损规律等效描述切削刃磨损特性。采用基于扫描电镜与数据拟合的技术测量单颗磨粒金刚石尖端圆弧半径。运用单因素试验及正交试验分析了金刚石颗粒尖端形状、材料种类与加工参数对磨粒磨损规律的影响。实验结果表明,当顶锥角2θ为120°、磨削深度ap0.01 mm时,金刚石磨粒具有较高划擦寿命。各因素的影响主次顺序为:顶锥角>磨削深度>工作台速度。本研究为金刚石砂轮磨粒规格和磨削用量的选取提供了重要参考。

单颗金刚石划擦Ta12W的试验研究

采用单颗钎焊单晶金刚石划擦Ta12W,跟踪观察了金刚石的磨损形貌,测量了划擦过程的力信号以及力比的变化,监测了磨损过程中的声发射信号变化,提取不同磨损阶段的声发射信号,进行频谱和功率谱分析.结果表明：划擦过程中金刚石的磨损可分为初期、稳定和剧烈磨损三个阶段,三个阶段的划擦力和力比明显不同.划擦声发射信号频谱主要分布在0-170 k Hz之间,功率谱峰值主频分布在7.8-27.3 k Hz之间,金刚石磨损的加剧使声发射信号峰值主频由高频向低频趋近,并且功率谱峰值随之增加.

单颗金刚石划擦玻璃的实验研究

本文利用自行制备的单颗粒金刚石工具划擦普通玻璃,观察不同划擦深度的划痕形貌并进行统计分析,同时采集和分析了划擦过程中的磨削力。实验结果表明,划痕的实际宽度与理论宽度有相同的变化趋势。随着切深的增加,实际宽度与理论宽度趋于比较恒定的比值。当划擦磨粒不变时,单颗磨粒的法向磨削力和切向磨削力都随着划痕长度的增加而线性增加。

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。

单颗金刚石磨粒划擦玻璃的力特征与建模

通过单颗金刚石磨粒划擦玻璃,提取并分析了划擦过程的力信号,建立了划擦力信号的时间序列模型。确定了划擦法向力和切向力的时间序列阶数和参数,建立了合适的划擦力时间序列模型。研究结果表明:划擦力曲线不沿划痕呈对称分布,划擦力出现波动变化特征;合适的划擦力时间序列模型可较好地揭示划擦力特征。

单颗金刚石切削无氧铜的声发射关联维特征

声发射技术可以实现无氧铜切削加工特征的监测与评价.采用声发射技术监测单颗金刚石磨粒旋转切削无氧铜,利用G-P算法重构出声发射时域信号相空间,采用自相关函数法计算出相空间时间延迟参数,通过相空间双对数曲线的计算,得到不同切削工况下的关联维数.研究结果表明,进给速度和切削速度对声发射信号影响较不显著,切深与声发射信号振幅呈正效应关系;声发射信号双对数曲线呈现阶段性增加趋势,并逐渐收敛于饱和状态,关联维数随着嵌入维数的增加先快速下降后趋于平稳;金刚石切削无氧铜的声发射信号具有混沌运动变化特性,在较小嵌入维数时,关联维数与切深和切削速度呈现线性负效应关系,与进给速度呈现线性正效应关系.该研究为无氧铜的切削加工提供理论参考.

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。

单颗粒金刚石的切削厚度

近来能阅读到一些有关锯切过程的文章[1][2]，令人欣慰，表明大家已摆脱石材加工发展初期的急功近利的短期行为——片面地忙于金刚石节块配方与工艺的研制。人们已充分认识到：要进一步提高锯片性能，卓有成效地进行石材加工，就必须深入探讨与锯切过程相关的向何学、运动学及动力学。

金刚石磨粒与蓝宝石接触形式对其磨损性能的影响

利用单颗金刚石磨粒划擦蓝宝石工件,跟踪检测磨粒以点、线、面等三种接触形式划擦蓝宝石过程中的磨损体积、表面形貌、划擦力与力比等的磨损变化特征.研究结果表明:接触方式对金刚石磨粒的耐磨性具有显著的影响,三种情况下都可在金刚石后部观察到片状解理形貌;磨损的加剧使金刚石磨粒划擦力与力比出现一定程度的减小.

金刚石磨粒划擦无氧铜的声发射信号研究

为研究无氧铜的切削机理,通过单颗金刚石磨粒划擦无氧铜的声发射试验,采集了划擦过程中的声发射信号,得到了不同划擦速度、切深和进给速度下的声发射信号特征,分析了不同划擦参数对声发射信号特征参数、频谱和功率谱等的影响。研究结果表明:切深对金刚石磨粒划擦无氧铜的声发射信号影响最为显著,划擦速度和进给速度对声发射信号的影响不明显;声发射主频主要集中在0 kH^170 kHz,切深的增加使声发射信号功率谱主频由高频向低频呈现转化趋势。

金刚石磨粒变切深划擦无氧铜的声发射及其时间序列建模

试验研究了单颗金刚石磨粒以不同切深划擦无氧铜的声发射信号特征,对不同切深下的声发射信号进行平稳化,确定合适的时间序列模型阶次和模型识别,建立了金刚石划擦无氧铜的声发射时间序列自回归(Auto Regressive,AR)模型。研究表明:随着切深的增加,声发射特征参数和最大振幅随之增大,AR模型的各特征向量与切深之间具有较好的线性关系,合理的AR模型可较好地表征单颗金刚石磨粒划擦无氧铜的声发射信号特征,并可以实时分析金刚石磨粒的划擦深度。

基于FEM与SPH耦合算法的单颗磨粒切削玻璃的动态过程仿真

采用有限元法(FEM)与光滑质点流体动力学法(SPH)耦合算法,假设以圆锥作为磨粒的形状,以玻璃为工件材料,进行了单颗金刚石磨粒的三维磨削仿真。仿真结果表明:磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起,且磨屑发生粉末化现象;沟槽的实际宽度远大于磨粒的切削宽度,断裂裂纹向沟槽两侧扩张,裂纹扩展一段后就停止不前而残留下来,成为残留裂纹。该方法可以较好地解决传统有限元法进行脆性材料磨削仿真时容易发生单元畸变的问题,验证了FEM与SPH耦合算法应用于脆性材料磨削仿真研究的可行性。

单颗磨粒划擦陶瓷声发射信号与材料去除体积关系研究

针对硬脆难磨削的氧化锆和氧化铝两种工程陶瓷,研究其磨削表面创建的声发射监测,研究单颗金刚石磨粒划擦陶瓷材料的去除体积与其对应的声发射信号之间的关联.试验结果表明:随着单颗磨粒划擦陶瓷去除体积的增大,其声发射信号在低频段的信号能量占比增大;声发射信号的均方根值、最大幅值和标准差等特征值增大,且这两种陶瓷材料单颗磨粒划擦声发射信号特征值的增大趋势不同;但这些声发射信号的特征值大小都与其对应的陶瓷材料去除体积有关.同时单颗磨粒划擦陶瓷的声发射信号的时间序列自回归AR(2)模型可以表示其对应的声发射信号.时间序列自回归AR(2)模型特征参数的绝对值都随划擦陶瓷去除体积增大而增大,且增大趋势与其声发射信号特征值的增大趋势相似.为工程陶瓷磨削表面创建的声发射在线监测打下了基础.

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。

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作用还可以有效提高材料去除率。

垂直于工件平面的二维超声振动辅助磨削单晶硅表面形成机制的试验研究

通过单晶硅磨削试验以及单颗金刚石磨粒划擦试验,分析垂直于工件平面的二维椭圆超声振动磨削单晶硅的表面形成机制。椭圆超声振子由压电陶瓷晶体与金属弹性体粘接制成,其伸缩模态和弯曲模态频率相同,当输入具有一定相位差的两个交流电压信号时产生二维椭圆振动。试验结果表明,由于二维椭圆振动的施加改变了单晶硅的材料去除机制,加工表面质量明显提高,表面粗糙度显著降低,磨削沟槽变浅而宽,切屑变厚而短,单晶硅材料延性域去除比例增加;通过改变超声振动振幅与磨削深度之间大小关系,可实现磨削刃对工件的连续性接触去除和断续性接触去除两种模式的转变。

磨粒变切深划擦陶瓷声发射及其时间序列建模

实验研究了不同切深下单颗金刚石磨粒分别划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号的频谱和特征值,并对金刚石磨粒划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号建立合适阶次的时间序列自回归滑动平均模型.研究结果表明,随着切深的增大氧化铝的划擦声发射信号在0~110 kHz主频段的能量增大,并且声发射信号最大幅值在较高频率;随着切深的增加氧化锆划擦声发射信号在0~100 kHz主频段的能量减少,并且声发射信号最大幅值在较低频率;同时划擦声发射信号特征值会随着切深的增大而增加.合适的自回归滑动平均模型与单颗金刚石磨粒分别划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号有较高的相似度,其特征参数与单颗磨粒切深之间也具有良好的线性关系,说明合适的自回归滑动平均模型能较好地表征单颗金刚石磨粒划擦氧化铝和氧化锆的声发射信号特征,并可实时分析单颗金刚石磨粒划擦陶瓷的深度.

CORRELATIONBETWEENMICROSTRUCTURESOFCERAMICSANDGRINDINGCHARACTERISTICS

用扫描电镜研究了具有不同显微结构的工程陶瓷材料单颗金刚石磨料磨削的特性、磨屑的形态及分类．

微小曲率半径的图像处理测量方法

通过Quanta200型扫描电子显微镜获取待测物体表面数字图像,运用灰质化、图像增强、图像平滑、图像分割及边缘检测等技术提取研究对象的轮廓边缘。用Photoshop软件中测量图像标尺在水平方向的像素数目,绘制不同尺寸的标准圆与边缘轮廓线条内切,反复操作后确定最大内切圆。统计该内切圆直径像素个数,利用指定表达式计算其半径。以该法测量单颗金刚石磨粒尖端曲率半径,结果表明：基于图像处理的微小曲率半径测量技术在不具备复杂、精密的测试仪器时,具有可靠的测量准确度和可操作性。