基于磨粒有序排布砂輪的高速磨削基礎(chǔ)研究.pdf

1、盡管高速磨削加工技術(shù)作為機(jī)械加工領(lǐng)域中的一項(xiàng)前沿技術(shù)，給傳統(tǒng)磨削領(lǐng)域帶來了革命，從根本上顛覆了磨削加工以犧牲效率追求精度的陳舊觀念，然而僅簡單以50 m/s或更高的速度值作為普通磨削與高速磨削的界定并不能反映高速磨削在成屑機(jī)制方面的特殊性以及突出的工藝優(yōu)勢，進(jìn)而也未能有效地利用高速磨削優(yōu)勢突破其磨削高溫與燒傷的應(yīng)用瓶頸，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)韌難加工材料的高效加工。有鑒于此，本文通過創(chuàng)新性的單顆磨粒高速磨削試驗(yàn)方法，對高速磨削成屑機(jī)制進(jìn)行了深入研究，

2、在此基礎(chǔ)上有針對性地提出基于磨粒有序排布砂輪實(shí)現(xiàn)高速磨削工藝優(yōu)化對策，即建立超硬磨料有序排布砂輪地貌和與之相關(guān)的磨削過程模型，并通過高速磨削試驗(yàn)確定磨削速度和單顆磨粒切厚兩因素與磨削力、磨削比能以及磨削溫度的關(guān)系，從而完善模型，最終實(shí)現(xiàn)了對鈦合金與高溫合金的高速磨削工藝優(yōu)化。最后根據(jù)材料塑性加工理論，對磨削弧區(qū)材料應(yīng)變率強(qiáng)化與熱軟化綜合作用分析基礎(chǔ)上進(jìn)一步詮釋了難加工材料高速磨削過程的速度效應(yīng)與尺寸效應(yīng)。本文完成了以下幾項(xiàng)基礎(chǔ)性研究工作

3、：
　　（1）對傳統(tǒng)單顆磨粒劃擦試驗(yàn)方法局限性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了單顆磨粒高速磨削試驗(yàn)的“單步法”與“雙步法”，實(shí)現(xiàn)了對單顆磨粒成屑階段的觀察與臨界成屑厚度的定量分析，并對鋸齒狀磨屑絕熱剪切變形特征與隆起系數(shù)進(jìn)行了深入分析。研究結(jié)果進(jìn)一步表明磨削速度的提高與單顆磨粒切厚的變化確實(shí)引起了材料成屑機(jī)制的轉(zhuǎn)變。
　?。?）針對傳統(tǒng)磨削過程建模與解析研究成果與應(yīng)用局限性進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性提出了基于磨粒有序排布砂輪的高

4、速磨削過程建模與解析，并以磨削速度和單顆磨粒切厚為聯(lián)系紐帶，建立磨削用量與磨削過程量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化的研究思路。針對有序排布砂輪地貌特征要素進(jìn)行了建模，并對與之相關(guān)的有效磨粒數(shù)、單顆磨粒最大切厚、磨削力、平均熱流密度等磨削過程要素進(jìn)行了建模與解析，最終形成了基于磨粒有序排布砂輪的高速磨削工藝優(yōu)化模型。
　?。?）在“基于磨粒有序排布砂輪實(shí)現(xiàn)難加工材料高速磨削工藝優(yōu)化”的研究思路指導(dǎo)下，完成了對高速磨削用磨粒有序排布鑲塊砂輪

5、的研制，并利用該工具對難磨削材料TC4鈦合金和GH4169高溫合金進(jìn)行了系統(tǒng)的高速磨削試驗(yàn)，試驗(yàn)研究表明，在保證速比一定、單顆磨粒最大切厚恒定條件下，盡管磨削速度的提高使得磨削溫度呈緩慢上升趨勢，磨削力與磨削比能卻保持恒定；同時(shí)單顆磨粒最大切厚的增加導(dǎo)致磨削比能的下降，而且試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)相比磨粒無序排布的電鍍砂輪與陶瓷結(jié)合劑砂輪，磨粒有序排布釬焊砂輪在降低磨削力與磨削溫度方面更具優(yōu)勢。該試驗(yàn)結(jié)果確證了高速磨削的優(yōu)勢并為TC4鈦合金與GH

6、4169高溫合金高速磨削工藝優(yōu)化提供了方向，即基于磨粒有序排布砂輪，保持高速磨削速比或單顆磨粒最大切厚為一恒定優(yōu)化值的條件下，提高磨削速度，可成倍提高磨削效率。
　?。?）從磨削弧區(qū)材料變形本構(gòu)關(guān)系特征角度，對單顆磨粒成屑機(jī)制試驗(yàn)與高速磨削試驗(yàn)中臨界成屑厚度、磨削力、磨削比能以及磨削溫度所表現(xiàn)出的尺寸效應(yīng)與速度效應(yīng)進(jìn)行了深入分析，建立了基于本構(gòu)關(guān)系的磨削過程階段劃分模型，從應(yīng)變硬化、應(yīng)變率強(qiáng)化以及熱軟化綜合作用以及絕熱剪切失穩(wěn)判據(jù)