复杂曲面机器人砂带磨抛材料去除深度预测模型及试验研究

针对复杂曲面零件的磨抛过程中曲率半径对机器人砂带磨抛加工中型面精度的影响,开展基于多曲率半径镍基高温合金的机器人磨抛加工试验研究。主要探究不同曲率半径的试验件的磨抛加工性,对不同曲率半径的镍基高温合金试验件进行砂带磨抛加工设置相应的砂带粒度和磨抛工艺参数,采集试验件的材料去除深度,并对试验结果进行研究分析。试验结果表明,曲率半径的变化对材料去除深度存在着一定的影响,在曲率半径由大到小的变化中,材料去除深度也随之增加,即材料去除深度与曲率半径呈负相关关系。基于多元非线性回归模型提出关于砂带粒度、进给速度、接触力、工件曲率半径等影响因素的机器人砂带磨抛材料去除深度预测模型,模型的平均预测误差为1.45μm,准确率达到91.04%,预测误差区间为–5.34~4.57μm,并对预测模型进行显著性检验,表明该预测模型可为实际机器人砂带磨抛加工前期工艺参数设计提供重要的理论支持。

面向钢轨修复的不同槽型接触轮砂带打磨接触行为及材料去除特性

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢轨砂带打磨试验,对比研究3种槽型接触轮的材料去除特性。结果表明:3种槽型接触轮与钢轨的接触区域整体均呈椭圆形态,符合赫兹接触理论,内部接触形态则随槽型特征呈现为块状分布;接触区域应力分布总体符合弹性半空间接触理论,但在接触块边缘会出现应力集中;X齿型接触轮和人字型接触轮因齿尖和齿槽结构的存在而具有较高的材料去除能力,同等打磨条件下X齿型接触轮较平型接触轮的材料去除能力提高了79%;顺磨条件下的材料去除能力高于逆磨,以X齿型接触轮为例,顺磨比逆磨的材料去除能力提高了22.7%;X齿型和人字型接触轮砂带打磨的噪声、振动、粗糙度、平均电流均较高,锯齿型接触轮具有较低的振动、粗糙度及平均电流,平型轮则具有较低的噪声和电流。

管件内壁磁粒研磨时的磨粒动力学行为仿真及分析

为探究磁性磨粒在管件研磨过程中的动力学行为,对其研磨过程进行离散元仿真,并分析其运动轨迹和磨削力随管件转速和加工间隙的变化;通过单磨粒球运动及磁粒研磨试验,验证磁场力模型的准确性与粒子运动学行为可视化的可行性。结果表明:随管件转速提高,磁性磨粒在离心力作用下向加工区域外运动,且加工间隙越大越容易被“甩飞”;在达到临界转速之前,随管件转速提高,磨削力减小,材料去除效率提升。当管件转速由400 r/min提高至临界转速,加工间隙为2 mm和4 mm时,磨削力分别下降5.4μN和2.3μN,材料去除效率明显提升;当加工间隙为6 mm时,磨削力变化较小,且当转速大于临界转速650 r/min时,材料去除效率下降。同时,材料去除量在达到临界转速之前随管件转速提高而增大,但加工间隙的增大会使临界转速降低;且材料去除量的变化趋势与仿真结果一致,验证了仿真分析的可靠性。

机器人砂带磨削单磨粒材料去除影响因素

为了研究机器人砂带磨削单磨粒材料去除的影响,基于机器人砂带磨削进行了单磨粒划擦实验.研究了高温合金的机器人砂带磨削去除行为,分析了划擦长度、切除深度、堆积比随磨削速度、设定磨削深度的变化规律.实验结果表明,随着磨削速度的增加,划擦长度与切除深度总体上呈减小趋势,当磨削速度达到10.99 m/s时会出现局部增大;堆积比在总体上呈现增加的趋势,在10.99 m/s时出现局部减小.随设定磨削深度的增加,划擦长度与切除深度都在增加,但并非线性增加;堆积比总体上呈现先减小后增加趋势.研究结果为机器人砂带磨削工艺优化提供了重要参考.

基于槽型接触轮的钢轨砂带打磨材料去除特性

为揭示槽型接触轮钢轨砂带高效打磨的材料去除机理,基于弹性赫兹接触理论,建立槽型接触轮与平型接触轮的材料去除比数学模型,掌握槽型接触轮砂带打磨周期应力变化规律,揭示打磨周期应力对打磨效率的影响机制,并基于钢轨砂带打磨专用试验平台,对比研究槽型接触轮与平型接触轮砂带打磨中的材料去除特性。结果表明:槽型接触轮打磨因其周期性的应力集中加压状态而具有较高材料去除效率;与平型接触轮相比,槽型接触轮打磨在较低压力下材料去除优势并不显著,随着打磨压力增加,槽型接触轮的材料去除效率明显提升,并在打磨压力为50 N时超越平型接触轮;在打磨表面粗糙度、振动、噪声及能耗等方面,槽型接触轮砂带打磨较平型接触轮均有明显优势,在75 N常用打磨压力下,前者较后者打磨材料去除率提高14%,表面粗糙度降低25%,振动减少17%,噪声降低4.5%,能耗降低12%。

砂带磨削钛合金磨削加工性能研究

针对钛合金零件干式打磨过程中磨具堵塞引起烧伤的问题,开展锆刚玉砂带和碳化硅砂带干式磨削TC4合金加工试验。通过分析磨削温度、材料去除量、表面完整性及磨粒磨损特征,对砂带磨削钛合金加工工艺进行研究。结果表明:相同磨削用量条件下,锆刚玉砂带相比于碳化硅砂带,磨削温度最高降低23.6%,耐用度提高2倍。磨削表面粗糙度随砂带线速度的增大逐渐降低,且两种砂带磨削表面粗糙度差值呈逐渐增加趋势。当砂带线速度v_(s)=20 m/s时,锆刚玉砂带比碳化硅砂带磨削表面粗糙度降低了29.7%;当磨削深度增大时,碳化硅砂带磨削表面粗糙度值快速增加,锆刚玉砂带磨削表面粗糙度增量缓慢,当磨削深度增大到0.1 mm时,表面粗糙度差值达到22%。

不锈钢材料砂带磨削试验

不锈钢材料具有优良的性能,应用广泛,但属于难磨材料.砂带磨削具有良好的磨削加工性能,笔者采用4种磨料砂带对不锈钢材料进行磨削试验.研究了磨粒与工件在磨削过程中的交互作用机理,讨论了影响材料去除率的因素,用SEM分析了加工表面显微形貌特征,揭示了材料的去除机理和砂带磨损形式.

Zr-4合金管砂带随形磨削实验分析

采用3种不同磨料的砂带对Zr-4合金管进行了磨削工艺试验,探究了磨粒与工件间的交互创成机理,得到了Zr-4合金材料砂带磨削过程中材料去除率和表面粗糙度的主要影响因素。借助先进的测试设备,对磨削后的砂带磨粒磨损形貌、工件表面形貌进行了观测,并对Zr-4合金表面烧伤层金相组织及显微硬度变化规律做了分析研究。试验结果表明:砂带线速度、磨削压力、接触轮硬度和磨料种类对材料去除率和表面粗糙度均有较大的影响,其中砂带线速度影响最为显著;锆刚玉和氧化铝磨粒的粘附磨损较为严重,碳化硅磨粒主要以磨耗磨损为主;工件烧伤时材料表层金相组织发生变化,使得Zr-4合金物理机械性能下降。试验及研究结果为寻求高效、高精度Zr-4合金砂带磨削加工工艺提供了试验和理论依据。

玻璃钢复合材料砂带磨削实验分析

采用3种磨料不同粒度的砂带对玻璃钢复合材料进行砂带磨削实验,分析了磨料与工件间的交互作用机理。通过大量试验以及试验数据获得了玻璃钢复合材料砂带磨削过程中材料切除率以及砂带寿命的主要影响因素,并首次采用专业图像分析软件Image-ProPlus分析了砂带堵塞程度及堵塞的主要原因。实验结果表明:玻璃钢复合材料砂带磨削过程中,材料切除率受磨削压力、砂带线速度、磨料种类及粒度的影响很大,其中陶瓷磨料磨削时获得的材料切除率最高;影响砂带堵塞程度的最主要因素是磨削压力;磨平磨钝是砂带磨粒最主要的磨损形式,其中堆积磨料砂带的寿命最长,陶瓷磨料砂带次之。

砂带磨削磨损性能试验研究

分析了砂带磨料种类、工件材料特性及磨削用量的不同对磨削加工效率和砂带磨损的影响,采用2种不同磨料的砂带分别对3种材料进行了工艺试验,对材料去除量和砂带磨损量进行了测量,揭示了砂带的磨损机理。研究表明:钛合金可磨削性较差,304不锈钢的可磨削性比钛合金好,45号圆钢最易于磨削;增加砂带线速度可在一定程度上提高材料去除率和磨耗比;陶瓷磨料比氧化铝磨料磨耗比大,因此磨削时可选择陶瓷砂带进行大余量加工;随着硬度比的增加,磨耗比呈现出先增大后减小的趋势,因此磨削时可根据磨削要求选择合适硬度磨粒的砂带进行磨削。

燃气轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb砂带磨削性能研究

理论分析了在切除过程中磨粒与材料表面的交互作用机理,进行了砂带磨削燃气轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb的试验研究,系统分析了各磨削工艺参数对材料切除率的影响规律,该研究对生产实践具有理论指导意义。

曲轴连杆颈砂带随动研抛机理及工艺研究

对球墨铸铁曲轴连杆颈砂带随动研抛机理及工艺进行了理论和试验研究,从改变加工参数的角度出发找到一种较为理想的研抛工艺。试验及研究结果表明:砂带的横向振动能够有效地降低轴颈的表面粗糙度;改变曲轴旋转方向能够延长砂带的使用寿命,提高材料去除率,从而提高轴颈表面的尺寸精度;曲轴转速和研抛压力是影响轴颈表面加工质量的决定性因素;采用特制的抛光块能够实现对轴颈过渡圆角处的抛光;影响砂带堵塞程度的最主要因素是磨削压力。

面向钢轨目标廓形的多砂带磨削作业打磨模式

基于砂带打磨钢轨时的接触状态,在单条砂带磨削角度给定的前提下,推导单条砂带磨削在钢轨横向截面上的材料去除深度,建立单条砂带材料去除的廓形模型和面积模型。为在多砂带联合磨削下包络形成钢轨目标廓形,在给定首条砂带的磨削角度后,根据当前钢轨表面的剩余高度并以打磨量最大为原则设定其他砂带的磨削角度,结合工艺参数生成钢轨养护时的多砂带联合磨削作业打磨模式。以打磨质量指数评价打磨质量,确定打磨次数,评价多砂带联合磨削作业打磨模式的打磨质量。结果表明:在砂带磨削工艺参数一定时,砂带的磨削能力与钢轨表面的曲率半径相关;以最大打磨深度对应的角度进行砂带布局的打磨模式能够很好地满足钢轨目标廓形的磨削需求。

船用螺旋桨叶片四坐标砂带磨削的研究

船用螺旋桨叶片是由自由曲面组成的,对其的加工一直是一个难题。通过四坐标砂带磨床对叶片进行磨削试验,对影响叶片砂带磨削的效率和精度的因素进行了研究。试验根据叶片材质的磨削性能、叶片的结构特点、四坐标砂带磨床磨削原理等,对砂带的磨损情况、叶片的加工精度及叶片的材料去除率等试验结果进行了分析。并得出了砂带磨损高度和实际磨削深度随时间变化的公式。在同等条件下,陶瓷磨料砂带在叶片的磨削过程中寿命最长且材料去除率最高,在砂带线速度为30 m/s左右时,叶片材料的去除率最高。

AZ91镁合金超涂层砂带磨削特性试验研究

分析了AZ91镁合金砂带磨削过程中砂带的磨损特征,找到了产生较低材料切除率的原因,通过砂带磨削AZ91镁合金的试验研究提出了提高材料切除率的方法,该研究对生产实践具有理论指导意义。

钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机,以60N型钢轨廓形作为实验对象,全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明:当打磨压力在45~75 N范围内时,砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15~30倍,而当压力增大到90 N时,砂带打磨的材料去除率高达砂轮打磨的102倍;砂带打磨的振动加速度、噪声和能耗均小于砂轮打磨;砂带打磨切屑为带状,而砂轮打磨则表现为高温熔融状,同时当打磨压力增大到105 N时,砂轮打磨后钢轨表面会出现发蓝现象,而砂带打磨不会;此外,砂带打磨的横向表面粗糙度大于砂轮打磨,最高可达8μm,但满足中国铁路钢轨养护要求的最大值10μm。综上,钢轨砂带打磨技术在材料去除率、振动、噪声、能耗和温度等方面显著优于传统砂轮打磨技术,预期将成为工程实际中解决钢轨严重病害问题的有效方法之一。

砂带磨削Q235钢工艺参数对去除率的影响

采用盘圆砂钢机对Q235钢进行了砂带磨削试验研究,对磨削后工件的材料去除率进行了分析,讨论了其最佳工艺参数组合。结果表明:在盘圆砂钢机砂带磨削Q235钢过程中,线材速度对材料去除率的影响最为显著,其次为工作台转速、砂带粒度,砂带张紧力的影响最小。仅考虑对材料去除率的影响时,最佳工艺参数组合为:砂带张紧力200 N,工作台转速500r/min,砂带粒度120#,线材速度为50m/min。此时得到的材料去除率为6.860 2g/s。

砂带磨削参数对材料去除深度的影响

为探究金属工件在砂带磨削加工中的材料去除机理,对砂带磨削系统简化后建立几何模型,并设置模型参数及运动建立了砂带磨削加工的离散元动态仿真。仿真结果表明:通过单因子试验研究不同的磨削参数对材料去除深度(material removal depth,MRD)的影响规律;通过正交试验得到不同磨削参数对MRD的影响贡献率,其中砂带转速的影响最大、其次是砂带进给量,同时得到磨削参数的最优组合为工件进给量为0.5 mm,砂带转速为1800 r/min,工件速度为40 mm/s,水平夹角为40°;最后通过实验验证仿真结果与结论的正确性。

关于砂带抛磨材料去除理论模型的分析

保证螺旋桨曲面的型面精度,对提高其服役性有直接影响。目前,螺旋桨的精加工过程多采用人工方式,而基于机器人关节臂的砂带抛磨会明显提高效率。本文从宏-微观的角度分析砂带的抛磨过程,对建立砂带抛磨过程中螺旋桨表面轮廓材料去除深度模型进行分析。

基于弹性赫兹接触的钢轨砂带打磨材料去除建模研究

为揭示钢轨砂带打磨材料去除机理,针对接触轮-钢轨曲面接触和砂带表面磨粒尺寸、位置随机特点,基于弹性赫兹接触理论,分析接触轮-钢轨宏观接触区域状态,获得接触面积和名义接触压力分布;结合砂带表面磨粒出刃高度分布统计学模型与单颗磨粒微观受力分析,获得单位面积打磨压力与磨粒最大切入深度关系;综合考虑磨粒出刃高度、磨粒外形、磨粒密度、砂带旋转速度、行车作业速度、打磨压力、接触轮硬度以及接触轮与钢轨之间的相对主曲率等多项参数,最终建立钢轨砂带打磨材料去除深度数学模型和材料去除量数学模型.试验结果表明,材料去除深度与材料去除量预测值同试验结果的最大偏差分别为3.6％和11.95％,验证了上述模型的正确性和有效性.