基于自旋转平面磨削的自动磨削机结构设计

针对ITO靶材烧结用垫片手工研磨去除烧结渣过程中加工困难、劳动强度大、效率低、质量不稳定等一系列问题,设计一种基于自旋转平面磨削原理的自动磨削机。该磨削机主要由自旋转及传输装置、磨削与进给机构、自动上料机构、自动下料机构组成,实现ITO靶材烧结用垫片磨削加工的全自动化生产。其结构简单、工作稳定,磨削效率达7S/片,现已在实际生产中应用。本设计的结构原理和设计方法有一定通用性,可为解决ITO靶材产业链同类问题提供参考。

平面磨削温度场三维数值仿真的研究

考虑工件材料物理性能与温度的非线性关系,假定进入工件的热流密度呈抛物线分布,采用圆弧热源模型对一些典型的磨削工况进行三维有限元仿真,研究平面磨削时工件表面因热载荷而引起的温度变化。将计算结果与实验值进行比较,发现有限元仿真值与实验测量值相当接近。根据仿真获得的温度场分布结果,结合工件材料金相组织转变的临界温度,可以预测工件的热影响程度。

微量润滑平面磨削接触区换热机理的研究

磨削接触区材料去除厚度是不一致的,同时,在微量润滑过程中,雾滴之间的运动特征存在差异且易受其他因素的影响,致使整个接触区的磨削温度分布呈现出非线性,换热机理也异常复杂。从雾化机理出发,对影响换热效果的两个关键因素——雾滴直径和雾滴速度进行了分析。依据雾滴在不同壁温处表现出的不同换热特性,将磨削区划分为无沸腾换热、核态沸腾换热、过渡沸腾换热和稳定膜态沸腾换热四个不同的换热区域,建立了微量润滑磨削区的换热系数数学模型。在此基础上,运用有限元技术对微量润滑磨削表面的温度场进行了仿真分析,采用单级热电偶技术测量了磨削温度,发现磨削区仿真温度值与实验测量值吻合较好,表明通过该理论获得的微量润滑磨削表面换热系数是可信的。

55钢平面磨削中未变形磨屑厚度及单位磨削力的研究

从简化磨粒形状入手,用解析法对未变形磨屑平均厚度模型进行了修正;通过日本某公司生产的超景深三维显微系统VHX-600测量了磨粒间距,并根据55钢的平面磨削实验,采用非线性回归法推导出了基于未变形磨屑平均厚度的单位磨削力和切向磨削力的经验公式。

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明:未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。

55钢CBN砂轮平面磨削的磨削力模型研究

本文建立了基于未变形磨屑厚度的磨削力计算模型。根据55号钢的CBN砂轮平面磨削实验,首先采用随机方向搜索法对切向力模型进行优化拟合,再根据拟合的参数对法向力模型进行优化,得出了CBN砂轮与工件之间的摩擦系数和磨粒顶锥角。分析了摩擦力在磨削力中所占比重的影响因素,结果表明:当切深不变时,随着vs/vw比值的增加,磨削力以及摩擦力在磨削力中所占的比重均下降,但当磨粒间距增加时,磨削力减小,而摩擦力在磨削力中所占比重增加。

基于有限元法的平面磨削热源模型的仿真研究

在考虑未变形磨屑厚度影响流入工件的热流密度分布的情况下,分析了现有热源模型热载荷的离散加载过程及其对数值仿真计算结果的误差影响;基于有限元法将连续性问题进行离散处理的思想,提出了不可积分函数分布热源模型的热载荷加载方法;利用新提出的热载荷加载方法,采用抛物线分布、瑞利分布的热源模型对典型磨削工况进行仿真计算,研究了热源模型对磨削温度场的影响规律。结合磨削试验温度测量值及磨削温度的理论解析式,发现有限元仿真计算结果真实可靠;证明提出的加载方法可有效解决不可积分函数分布的热源模型的热载荷加载难题,并为进一步研究磨削温度场提供理论依据。

基于贝叶斯网络的平面磨削状态智能监测技术研究

为解决平面磨削过程中工件表面粗糙度预测和砂轮钝化监测困难的问题,利用贝叶斯网络建立了平面磨削状态智能监测模型。该模型在获取系统磨削用量和工件材料的基础上,在线提取磨削声发射信号的峭度系数,可以有效预测工件粗糙度和识别砂轮钝化状态,为数控系统调节加工参数提供参考。该模型在平面磨床的磨削监测试验中取得了良好的效果。

平面磨削温度场三维数值模拟及其试验研究

在考虑工件材料物理性能与温度的非线性关系情况下,采用三角形热源模型对一些典型的磨削工况进行了三维有限元仿真,获得了工件的温度分布。分析了热源模型、磨削液和工件材料的变物性等因素对磨削温度场的影响,得出了一些重要结论。利用热电偶法测量了磨削温度,发现有限元仿真值与实验测量值相当吻合;采用表面粗糙度仪探测了工件轮廓,验证了湿磨时磨削温度沿工件宽度方向的变化规律。

基于灰色关联分析的平面磨削工艺参数优化

通过分析表面粗糙度和平面度,运用灰色关联分析方法来优化平面磨削中的工艺参数(砂轮转速、进给方式、进给速度、磨削深度、磨削液浓度和磨削时间等)。在实验中,使用正交排列来设计实验,通过计算得到灰色关联度,从而决定最优的工艺参数。实验结果表明,通过该方法可有效地减小平面磨削中的表面粗糙度和平面度。

淬硬轴承钢平面磨削变质层的特性

采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、维氏硬度仪和X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)分别观测了不同磨削条件下淬硬轴承钢GCr15磨削表层的微观组织、显微硬度和残余应力,对淬硬轴承钢磨削变质层进行了系统的实验研究.研究发现,磨削表层由表及里依次是白层、暗层和基体组织,暗层与白层的厚度之比在1.6～3.2之间变动.白层由致密的细晶马氏体、碳化物和残余奥氏体组成,而暗层由不同的回火组织构成,白层主要是磨削热和材料的强烈塑性变形共同作用的结果.白层硬度最大值达到983 HV,比基体组织高,而暗层硬度值仅为512 HV,较基体组织低.白层表面存在大小为612.24 MPa的残余拉应力,且随着白层的增厚而增大,而暗层则呈现出残余压应力.当白层较厚时,白层内会出现微裂纹,其中以贯穿白层的中位裂纹以及白层外侧和白层/暗层过渡区的横向裂纹居多.

平面磨削温度场三维有限元仿真及其实验研究

在考虑工件材料物理性能与温度的非线性关系情况下,采用三角形热源模型对一些典型的磨削工况进行了三维有限元仿真,获得了工件的温度分布。采用热电偶法测量了磨削温度,发现有限元仿真值与实验测量值相当吻合,仿真结果能够真实地反映工件的热状况。

纳米结构WC/12Co涂层精密平面磨削表面残余应力有限元模拟与试验

对金刚石砂轮精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层的磨削表面残余应力进行有限元模拟,忽略相变影响,基于ANSYS平台,利用ANSYS参数设计语言完成建立模型、给定材料属性、划分单元、加载和求解整个过程。对纳米结构WC/12Co涂层表面磨削残余应力进行试验研究,通过改变磨削条件得到不同磨削条件下残余应力的变化规律。将试验结果与相同磨削条件下的有限元模拟结果进行对比,发现试验结果与有限元模拟结果是一致的,证明了有限元模型的正确性。

平面磨削热源模型的仿真与比较研究

磨削温度场很难通过解析法求解,因此,利用有限元法对磨削温度场进行数值仿真已成为一种重要的方法。在平面磨削温度的仿真研究中,主要采用三角形热源模型进行分析。介绍一种新的平面磨削热源模型(抛物线热源模型),用离散方法研究了两种热源模型,并利用两种热源模型分别对平面磨削温度进行了有限元仿真。通过对淬硬轴承钢GC r15磨削试验,采用热电偶测量了一定磨削条件下接触区的温度。仿真结果与试验对比分析表明:抛物线热源模型比三角形模型热源模型仿真结果更符合实际磨削温度。

最大熵与交叉熵在平面磨削颤振预测中的研究

为了避免平面磨削加工过程中出现颤振,提出一种基于最大熵与交叉熵的平面磨削颤振预测方法。该方法采用最大信息熵对平面磨削加工过程中振动信号的概率密度进行估计,获得加工过程中振动信号的最大熵概率密度分布,采用交叉熵分析在不同磨削状态时振动信号最大熵概率密度分布的变化,通过交叉熵值对平面磨削加工过程中的颤振进行预测。为了验证该方法的有效性,在平面磨床实验平台上采用变磨削深度的加工方式趋于颤振,根据实验中测量的振动信号,比较了趋于颤振时砂轮主轴部位和工作台部位振动信号的特点,选择工作台部位的振动信号为研究对象,采用该方法对磨削加工分别处于顺磨、逆磨以及混合磨削时工作台不同方向的振动信号进行分析,实验结果表明该方法在平面磨削颤振预测中是有效的。

平面磨削残余应力的测试方法

磨削过程产生的残余应力对零件的使用性能有很大影响,确定它的大小和性质对于评价零件的性能非常重要。文中阐述了平面磨削残余应力的测试方法,分析各种测试方法的特点。

纳米复相陶瓷超声振动平面磨削温度的试验研究

本文采用人工热电偶测温方式,对纳米ZrO2增韧氧化铝复相陶瓷,进行了普通和超声平面磨削温度试验研究。给出了普通和超声磨削两种情况下温度场的分布状态与规律,研究了不同的磨削参数,对陶瓷磨削温度的影响。研究得出:超声磨削的表面温度,一般比普通磨削的温度至少低70℃,复相陶瓷由于其材料的热特性,表现出距离表面越近,温度梯度越大的规律。磨削参数对表面温度的影响规律是,磨削深度影响最大,进给速度次之,砂轮速度最小。

平面磨削接触长度的实验研究

采用临界接触状态技术、热电偶技术和三向压电晶体测力仪分别在线测量了不同磨削工况下砂轮-工件的接触长度、磨削温度和磨削力.实验结果表明,实际接触长度远大于几何接触长度,且两者之比与磨削工况密切相关.讨论了磨削参数、砂轮、工件材料、磨削方式、磨削温度和磨削力等因素对接触长度的影响,分析了各自对接触长度的影响机理.随着磨削温度升高、磨削力增大,导致工件和砂轮的变形增大,进一步导致接触长度增大.

杯形砂轮平面磨削温度场的有限元分析

为了反映磨削温度的动态变化,本文根据加工工件材料性质和工作条件,对杯形砂轮磨削矩形工件进行了合理假设,建立了弧形移动热源热平衡状态下的简化传热数学模型。利用有限元处理软件ANSYS5.5,进行了温度场初步模拟计算,获得了矩形工件内部温度场分布,计算结果较真实的反映了工件的热状况。

一种接触式平面磨削尺寸测量系统的研制

采用接触式尺寸主动测量仪在线测量平面磨削加工尺寸存在测头往工件表面间断处下落而易产生误动作等难题．应用ＭＣＳ－９６系列单片机研制了一种新的测量系统解决了上述问题．给出了系统测量加工尺寸的原理、基本构成及工作程序框图．应用该测量系统对平面磨削加工尺寸进行在线测量，其灵敏度为０．００１ｍｍ，重复测量尺寸平均偏差不大于０．