快速点磨削工艺参数对磨削振动频率的影响

将频率视为一种新的特征参数来分析振动特性.首先提出了振动特征频率提取原理,通过快速点磨削振动特征提取试验获得了特征频率函数,随后分析了加工/空载状态下不同水平的工艺参数对磨削振动的影响,并结合砂轮与工件间的接触和能量传递关系分析了特征频率的变化规律.结果表明,加工特征频率始终小于空载特征频率,特征频率的相对偏差随砂轮线速度的增大而减小,随磨削深度、进给速度的增大而增大,同时比较了各工艺参数对特征频率的影响权重,提出了改善加工效率的思路.

超硬陶瓷涂层精密磨削振动的试验研究

磨削振动会影响工件表面质量,降低砂轮的耐用度,缩短磨床的使用寿命,危害操作者健康。因此,有关磨削振动的产生机理、影响因素和抑制方法等一直是机械加工行业的热门研究课题。WC-Co涂层具有耐高温、硬度高、耐磨性好以及抗腐蚀等优点,逐渐在工业领域得到广泛的应用。与此同时,卓越的材料性能使得WC-Co涂层成为一种难加工材料。鉴于目前还未见到从磨削振动角度对WC-Co涂层精密磨削过程进行研究的现状,进行磨削试验研究、对磨削振动信号进行采集,并从时域和频域上进行分析。试验结果表明,在所选取工艺参数条件下没有产生磨削颤振,保证了加工的稳定性。

基于虚拟仪器的磨削振动信号测试

基于虚拟仪器的磨削振动信号测试系统由加速度传感器、信号适调仪、数据采集卡和计算机等组成。该测试系统用于MK9025数控光学曲线磨床,测试常态下的砂轮架和导轨的振动信号。把三组加速度计分别粘贴在砂轮架的前、中、后三个位置,测量砂轮在线加工时的振动加速度信号。导轨上加速度计的搭载位置与砂轮架类似。

砂轮表面磨粒出露高度对轴承钢磨削振动的影响

为探究砂轮表面磨粒形态对磨削振动的影响规律,提高磨削加工质量,构建了磨削振动模型并推导磨粒形态接触刚性磨削振动的对应关系,开展修整磨削试验,通过试验分析并验证不同磨粒形态对磨削振动信号RMS和工件表面波纹特征Wa影响的差异。结果表明:在不影响砂轮锋利性的前提下,表征磨粒出露高度的砂轮AH值减小约58%,则RMS值和Wa值分别减小约47%和57%;在相同磨粒出露高度条件下,磨粒钝化的比例约20%,则RMS和Wa分别减小约22%和30%;同时,适度减小磨粒出露高度,磨粒适度钝化,有助于增大磨粒与工件接触面积,改善磨削振动,提高磨削加工质量。且提出的磨削振动模型与试验结果相符。

偏心轴磨削振动分析研究

针对偏心轴在磨削过程中存在冲击和振动而影响加工表面精度和质量的问题,文章分析了偏心轴磨削系统产生的几种振动,通过CATIA三维软件建立了磨削简化模型,同时通过接口互换导入ADAMS进行运动仿真,分析研究了偏心轴磨削过程中换向冲击产生的自由振动导致的加速度曲线变化、砂轮架质量、砂轮架水平进给速度等因素对振动的影响,又分析了工件偏心、砂轮偏心引起的振动,可以为进一步提高表面质量和磨削稳定性的研究提供理论支撑。

基于虚拟仪器的超声磨削振动特性实验研究

虚拟仪器可利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理,所以采用虚拟仪器技术对磨削在线加工进行测试,以Labview为开发平台,建立磨削在线加工的振动信号测试系统,从而分析超声振动磨削特性。本文对纳米复相陶瓷材料振动特性进行实验研究,得出如下结论:超声振动频率始终保持在20.923kHz左右,超声振动的振幅随着所加功率的增大而增大;功率对超声振动的振幅影响较大,相同功率下系统实际振动振幅比理论值小。

超声振动辅助磨削CFRP复合材料薄管撕裂损伤研究

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过程的受力分析和对最大未变形切屑厚度的计算,分析了撕裂位置的形成原因和撕裂尺寸的变化规律。结果表明:磨削力随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,与主轴转速的关联性较小;撕裂易出现于CFRP薄管内壁,其长度与高度随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,随主轴转速的增大而减小。

单颗CBN磨粒超声振动辅助磨削AISI 304材料去除机理

为了解释超声作用下磨粒切削材料的去除机理,对单粒磨削过程进行了分析,建立了未变形切削厚度和磨粒与试件的固定速度比(vs/vw)的数学模型.在AISI 304试件上进行了固定速度比的普通磨削(conventional grinding,CG)、切向超声振动辅助磨削(tangential ultrasonic vibration assisted grinding,TUVAG)以及径向超声振动辅助磨削(radial ultrasonic vibration assisted grinding,RUVAG)的单颗粒试验.结果表明,在固定速度比条件下,试件在CG与TUVAG作用下都是以塑性变形的形式去除,但超声辅助显著提高了材料去除率.试件在RUVAG作用下材料的去除方式与未变形切削最大厚度agmax的值息息相关.agmax小于0.8μm时,试件表现为脆性断裂的形式去除;之后随着agmax逐渐增大,试件转变为塑性变形的形式去除.

超声振动辅助磨削SiC_(f)/SiC复合材料的频率和振幅影响研究

针对超声振动频率和振幅对SiC_(f)/SiC复合材料磨削过程中的磨削力及工件表面粗糙度和微观形貌影响规律不明确的问题,在不同的振动频率和振幅下对SiC_(f)/SiC复合材料开展超声振动辅助磨削试验研究。结果表明:超声振动的引入可以有效降低磨削力和表面粗糙度,振动频率的提高可以有效降低磨削力和表面粗糙度,振幅的变化对磨削力和表面粗糙度的影响不大;超声振动的引入促使纤维断裂,磨屑中纤维的长度下降,有助于表面加工质量的提高。

2.5D-C/SiC复合材料超声振动辅助磨削力研究

为探究2.5D-C/SiC复合材料超声振动辅助磨削去除机理和磨削力影响规律,首先通过试验分析了2.5D-C/SiC复合材料基体、纬向纤维、经向纤维和钉扎部分的去除机理;然后通过正交试验分析了磨削工艺参数(主轴转速n s、进给速度v_(w)、磨削深度a_(p)和超声振幅A)对法向和切向磨削力的影响主次;最后通过单因素试验分析了磨削工艺参数对法向和切向磨削力的影响规律。试验结果表明,材料的去除是基体碎裂、纤维断裂、纤维拨出、界面脱粘等因素的综合作用;法向磨削力的影响主次为:a_(p)>v_(w)>n_(s)>A;切向磨削力的影响主次为:v_(w)>a_(p)>n_(s)>A;磨削力与n_(s)和A成反比,与a_(p)和v_(w)成正比。

切向超声振动辅助磨削GH4169镍基高温合金的磨粒断续切削行为和工件表面形貌

为了揭示超声振动辅助磨削中断续切削行为对工件表面形貌的影响机制,采用微晶刚玉砂轮开展了超声振动辅助磨削GH4169镍基高温合金正交试验,研究了磨削速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对磨粒断续切削行为、磨削力、工件表面形貌和砂轮磨损方式的影响。结果表明,超声振幅对磨粒断续切削行为的影响要大于磨削速度、工件进给速度和磨削深度。超声振幅的升高可以显著增大单颗磨粒切厚、减小磨粒与工件的接触长度,缓解磨削烧伤。相比于传统磨削,超声振动辅助磨削在工件表面形成周期性短磨痕形貌,表明材料发生了更严重的塑性变形,是表面粗糙度值增大的主要原因。此外,超声振动辅助磨削中磨粒断续切削行为促进磨粒微破碎,提升了磨粒自锐能力,由此降低了磨削力。

超声振动对磨削砂轮表面形貌参数的影响及其修整效果评价研究

超声振动磨削技术在难加工金属材料的高效、高质量磨削中具有突出优势。为了揭示普通磨削(TG)和超声振动磨削(UVG)方式下砂轮表面形貌参数的变化规律,量化评价超声振动辅助磨削砂轮的原位修整效果,初选了砂轮形貌考察参数,运用灰色关联法研究了砂轮形貌考察参数与磨削力、磨削表面粗糙度之间的关联程度,提出了评价超声振动辅助磨削砂轮修整效果的建议指标。结果表明:与TG磨削相比,UVG的磨削力和磨削表面粗糙度均有所降低,超声振动作用对砂轮表面形貌参数和砂轮锐性产生了较大影响,灰色关联分析表明,形貌考察参数S_(pk),S_(ds),S_(sc),S_(q),S_(a),S_(vk)可作为超声振动磨削砂轮修整效果的指标。

陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

石英玻璃微流道超声振动磨削加工及流动阻力特性研究

石英玻璃微流控芯片在医学诊断、生化分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景,高性能石英玻璃微流道的加工质量直接决定微流控芯片的使用性能。本工作采用超声振动磨削加工技术对石英玻璃微流道进行高效精密加工,首先研究了主轴转速N、进给速度vf、磨削深度ap和超声功率P对微流道表面质量和形状精度的影响,然后对超声振动磨削工艺参数进行优化,最后测试微流道的水流阻力,研究微流道水力直径对其流动阻力特性的影响。超声振动磨削加工实验结果表明:石英玻璃微流道的表面粗糙度Ra可达较小值0.191μm,形状精度RMS值和PV值分别达到3.332μm和23.783μm,并且微流道表面形貌完整,底部微观表面光滑,边缘整齐无明显崩边。流动性测试实验结果表明:石英玻璃微流道内流动摩擦阻力系数随雷诺数和水力直径的增大而减小,因此设计微流道时应尽量选择较大的水力直径,并且适当增大流速。

超声振动螺线磨削表面微观形貌建模与仿真研究

为了实现高效率、高质量、低损伤的硬脆材料加工,对工件或砂轮同时施加砂轮轴向和径向的超声振动,该方法的显著特点是磨粒切削轨迹呈三维空间螺旋线型,将其定义为超声振动螺线磨削方法。在磨削工艺和二维超声振动的多参数共同作用下,材料去除机理产生复杂变化,表面微观形貌创出过程变得极其复杂。为此,提出一种超声振动螺线磨削加工表面数值仿真方法。基于超声振动螺线磨削几何映射关系,建立磨粒相对工件的空间螺旋线切削运动模型,进而给出超声振动螺线磨削加工表面生成模型,模拟出普通磨削和超声振动磨削的三维表面微观形貌,对比分析了超声振动对表面形成过程的影响规律。最后将仿真表面与磨削试验表面对比,发现两者微观形貌特征规律基本一致,验证了仿真方法的正确性和有效性。

超声振动磨削陶瓷材料高效去除机理研究

基于压痕断裂力学，在工件横向施振超声振动平面磨削单颗磨粒受力分析基础上。建立了材料去除率综合数学模型；并就超声振动和普通磨削进行了对比试验研究。研究结果表明：超声振动磨削陶瓷材料去除率与被加工材料的种类、磨削深度、砂轮磨粒粒度、超声振动的振幅以及磨削条件有着密切关系。同样磨削条件下，超声振动磨削陶瓷材料去除率是普通磨削的1．7～3．2倍，与理论模型相符合。试验结果表明：超声振动磨削可以获得良好的加工表面，工件横向施振超声振动磨削是一种精密、高效加工新工艺。

Al_2O_3/ZrO_(2(n))微-纳米复合陶瓷超声振动精密磨削表面微观特征试验研究

基于Al2O3/ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷的“晶内型”微观结构,应用原子力显微镜(AFM)重点分析了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面微观形貌。结合磨削表面X射线衍射定性分析与定量计算,研究了“晶内型”微-纳米复合陶瓷材料超精密振动磨削表面变质层结构。X射线衍射分析表明:二维振动磨削和普通磨削表面均以α-Al2O3和四方相ZrO2为主,存在少量单斜相ZrO2,磨削表面无非晶相产生;磨削表层和基体之间的过渡层的X射线衍射峰具有半峰宽化现象。AFM分析结果表明:细粒度金刚石砂轮普通磨削和振动磨削表面均无微裂纹和断裂破碎,磨削表面粗糙度是由不同幅值的多种波形叠加的结果;AFM轮廓特征分析表明:二维超声振动磨削表面峰谷较均匀,磨削表面均匀一致性优于普通磨削表面;材料晶化过程中产生的固有缺陷是限制硬脆材料近纳米表面形成的重要因素。

工件横向施振超声振动磨削力特性试验研究

基于冲量理论和振动加工理论，采用叠加原理建立了工件横向施振超声振动磨削力数学模型。从理论上解释了工件横向施振超声振动磨削力低于普通磨削力的原因，并进行了超声振动与普通磨削力对比试验研究。结果表明：超声振动磨削力比普通磨削力减小20％-30％，磨削力的大小随工作台进给速度的提高而减少，磨削深度的增加而增大。当达到某一临界切深时，磨削力息剧下降。磨削力可做为评价陶瓷材料脆延转变的一个重要参数。

基于支持向量机方法建立超声振动磨削放电加工预测模型

针对采用机器学习理论建立超声振动磨削放电加工模型时存在试验样本数量少、预测量数值变化波动大的问题,提出利用支持向量机方法建立加工指标预测模型的方法。以超声振动磨削放电加工Si Cp/Al为例,利用正交试验获取学习样本数据,采用MATLAB软件建立超声振动磨削放电加工Si Cp/Al工艺指标的支持向量机预测模型,并利用该模型预测零件表面粗糙度和加工速度两项工艺指标。结果表明:支持向量机模型得到的工艺指标预测值与试验值具有较好的一致性,最大相对误差不超过12%,预测值精度较高,所建立的超声振动磨削放电加工工艺指标的支持向量机预测模型是可靠且有效的。

碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削

采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验,对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究,并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示,该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主,砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加,随着主轴转速的增加略有减小;普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加,而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比,在相同的磨削参数下,超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善,且磨削力比减小近1/3,表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少,表面损伤层较浅,亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低,可以获得较为理想的表面质量。