超高速點(diǎn)磨削機(jī)理與加工表面質(zhì)量影響因素的研究.pdf

1、超高速點(diǎn)磨削是超高速磨削技術(shù)和點(diǎn)磨削技術(shù)的結(jié)合，利用超高速磨削高效、切削能力強(qiáng)和點(diǎn)磨削材料去除率大、表面質(zhì)量高的特點(diǎn)進(jìn)行磨削加工。其微觀實(shí)質(zhì)是眾多磨粒在工件上的切削加工，磨粒的行為因砂輪速度的提高和砂輪傾斜而表現(xiàn)得與傳統(tǒng)外圓磨削不同。磨削機(jī)理因力學(xué)特性和熱特性、砂輪，工件接觸振動(dòng)、砂輪磨損形式等而發(fā)生變化。因此，傳統(tǒng)外圓磨削機(jī)理并不完全適用于超高速點(diǎn)磨削。本課題來源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50775032)。本文主要研究工作和取得

2、成果有如下幾方面：
　　 (1)闡述了點(diǎn)磨削概念和工藝特點(diǎn)，概述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，說明了東北大學(xué)開展點(diǎn)磨削研究的條件、課題來源和研究意義，總結(jié)目前相關(guān)研究存在的問題。
　　 (2)結(jié)合接觸力學(xué)、沖擊動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、摩擦學(xué)、振動(dòng)學(xué)等基礎(chǔ)理論分析了超高速點(diǎn)磨削相關(guān)機(jī)理，系統(tǒng)地建立了點(diǎn)磨削幾何學(xué)模型。點(diǎn)磨削兼具車削高材料去除率和磨削高表面質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)“旋切”工藝。本文系統(tǒng)分析了砂輪磨削軌跡、砂輪工件空間位置、工件臨界

3、進(jìn)給速度、點(diǎn)磨削切屑生成機(jī)理、材料去除方式、工件合成速度、磨削區(qū)形狀、砂輪承載等機(jī)理。點(diǎn)磨削磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)表明磨粒的實(shí)際切深要比理論切深小。隨后分析了點(diǎn)磨削材料去除率和回轉(zhuǎn)曲面點(diǎn)磨削機(jī)理。
　　 (3)設(shè)計(jì)制作了超高速點(diǎn)磨削砂輪，優(yōu)化了磨料層結(jié)構(gòu)，并用激光傳感器、掃描電鏡綜合評(píng)價(jià)其表面形貌。結(jié)合有限元計(jì)算和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該砂輪磨削能力強(qiáng)、強(qiáng)度充裕、超高速旋轉(zhuǎn)時(shí)變形小、對(duì)主軸負(fù)載小，應(yīng)用效果理想。
　　 (4)分析了點(diǎn)磨削砂輪磨損

4、機(jī)理，建立了點(diǎn)磨削砂輪的磨損模型。研究發(fā)現(xiàn)，由于傾斜角的作用，改變了砂輪和工件的接觸形式，點(diǎn)磨削在砂輪磨損方面具有傳統(tǒng)外圓磨削不可比擬的優(yōu)勢(shì)。通過一定數(shù)量的點(diǎn)磨削試驗(yàn)，找出了使砂輪磨損最小的傾斜角區(qū)間。
　　 (5)設(shè)計(jì)并完成了點(diǎn)磨削力和工件振幅的超高速點(diǎn)磨削正交試驗(yàn)，討論了砂輪速度、磨削深度、工件軸向進(jìn)給速度等磨削參數(shù)和光磨次數(shù)對(duì)點(diǎn)磨削切向力、法向力的影響趨勢(shì)，得出點(diǎn)磨削力比范圍和變化規(guī)律。測(cè)量了工件和測(cè)力項(xiàng)尖、砂輪系統(tǒng)的固有

5、頻率以選擇合適的磨削參數(shù)。分析了磨削參數(shù)和光磨次數(shù)對(duì)點(diǎn)磨削切向振幅和法向振幅的影響情況及其對(duì)工件表面波紋度的影響。
　　 (6)通過進(jìn)行金相、殘余應(yīng)力、硬度和能譜試驗(yàn)，評(píng)定了超高速點(diǎn)磨削獲得的加工表面的完整性。利用有限元方法對(duì)點(diǎn)磨削溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了初步分析。結(jié)合熱電偶方法和紅外熱像儀測(cè)溫方法進(jìn)行了普通砂輪速度條件下的點(diǎn)磨削溫度試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)磨削使用CBN薄砂輪相對(duì)工件水平軸線傾斜后磨削工件，改善了磨削條件，無閉合的磨削區(qū)，冷

6、卻條件好。兩種方法都得出點(diǎn)磨削溫度不高。
　　 (7)建立了點(diǎn)磨削條件下磨削液發(fā)揮作用的砂輪臨界速度條件、有效流量、磨削區(qū)內(nèi)磨削液壓力等模型。設(shè)計(jì)了超高速點(diǎn)磨削試驗(yàn)中磨削液高壓磨削區(qū)冷卻和常壓清洗非磨削區(qū)的加注方式。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種加注方式對(duì)降低磨削區(qū)溫度、清理磨屑效果良好。最后進(jìn)行了超高速點(diǎn)磨削流體磨削壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)磨削會(huì)有更多磨削液通過磨削區(qū)。
　　 (8)對(duì)超高速點(diǎn)磨削加工表面粗糙度進(jìn)行了系統(tǒng)性分析，結(jié)合磨

7、削力、振動(dòng)試驗(yàn)，重點(diǎn)分析了磨削參數(shù)和光磨次數(shù)對(duì)超高速點(diǎn)磨削表面粗糙度的影響。針對(duì)點(diǎn)磨削傾斜角、磨削參數(shù)、光磨次數(shù)和砂輪磨料層傾角對(duì)點(diǎn)磨削粗糙度的影響做了一系列單因素普通速度點(diǎn)磨削試驗(yàn)。通過對(duì)試驗(yàn)獲得的加工表面分別進(jìn)行表面承載特性、表面輪廓分布、表面相似性、尺度依賴性等分析和表面波紋度檢測(cè)，綜合評(píng)價(jià)了多參數(shù)條件下（超高速）點(diǎn)磨削加工生成表面粗糙度和波紋度，以及各參數(shù)對(duì)加工表面輪廓分布的影響趨勢(shì)。
　　 (9)總結(jié)了論文工作，并提出