快速點磨削機理及其相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、快速點磨削技術(shù)(Quick-point Grinding)是集CBN超硬磨料、CNC技術(shù)和超高速外圓磨削等先進(jìn)技術(shù)于一身的高效率、高柔性磨削加工工藝。目前雖然已在國外汽車、機床及工具制造業(yè)中取得應(yīng)用，但仍處于起步發(fā)展階段，特別是對其磨削機理、磨削質(zhì)量控制等方面的研究及相關(guān)技術(shù)信息鮮見報道。我國少數(shù)汽車制造企業(yè)針對特定零件的加工也全套引進(jìn)了這一工藝及設(shè)備，但由于不掌握其核心技術(shù)及理論，不能進(jìn)行工藝開發(fā)，應(yīng)用范圍有限。因此該項新工藝的許多關(guān)

2、鍵技術(shù)及理論、新的應(yīng)用領(lǐng)域有待于進(jìn)一步開發(fā)和研究。 快速點磨削采用薄層(4～6 mm)超硬磨料砂輪和90～160 m/s的砂輪速度，由坐標(biāo)聯(lián)動實現(xiàn)表面成形運動。由于存在點磨削變量角度，砂輪與回轉(zhuǎn)形工件表面形成理論上的點接觸，磨削機理、砂輪磨損特性等與常規(guī)磨削方式有很大區(qū)別。因此常規(guī)外圓磨削模型已不再適用于快速點磨削過程。要深入研究其磨削機理，必須建立新的接觸層模型與參數(shù)。點磨削變量角度將顯著影響磨削區(qū)形狀、面積和方位，因而也將影

3、響磨削力、磨削熱、工件表面完整性及砂輪磨損特性等。在極高的應(yīng)變率下，接觸層材料的動態(tài)強度和去除機理將發(fā)生轉(zhuǎn)變。由于磨削溫度低，散熱性能好，通過優(yōu)化磨削液供給系統(tǒng)參數(shù)和磨削參數(shù)，可實現(xiàn)少、無磨削液的綠色加工。本文對快速點磨削機理及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了較系統(tǒng)的理論和實驗研究，取得了若干有價值的研究成果?？偨Y(jié)全文，本論文的主要工作包括以下幾個方面： (1)系統(tǒng)論述了高速/超高速磨削技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀，重點論述和分析了快速點磨削的工藝特征、關(guān)鍵

4、技術(shù)和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了本課題的背景及意義。 (2)提出了快速點磨削存在兩個磨削區(qū)域，即側(cè)邊接觸區(qū)和周邊接觸區(qū)，并分析了在加工過程中分別所起的作用；建立了逆磨和順磨兩種方式下側(cè)邊和周邊接觸區(qū)及點磨削過渡區(qū)的幾何模型；根據(jù)磨削幾何學(xué)與運動學(xué)原理，分別建立了側(cè)邊和周邊接觸區(qū)砂輪和工件的等效直徑、有效切深、動態(tài)接觸弧長、未變形切削厚度、平均切屑斷面積和比磨除率等磨削參數(shù)的理論模型。 (3)在已建立的周邊接觸區(qū)模型基礎(chǔ)上，提

5、出并建立了點磨削周邊理論接觸寬度的數(shù)學(xué)模型和周邊實際接觸寬度計算準(zhǔn)則，分析了周邊接觸寬度在工件母線方向分量對表面粗糙度的影響機理。深入研究了加工表面的塑性隆起變形對表面粗糙度和去除率的影響，提出并建立了計及工件表面塑性隆起變形和點磨削變量角度的快速點磨削表面粗糙度的理論計算模型，并進(jìn)行了數(shù)值仿真實驗研究。 (4)完成了快速點磨削微觀表面幾何特性的磨削加工實驗研究。研究點磨削接觸區(qū)幾何參數(shù)和磨削用量對工件微觀表面幾何創(chuàng)成過程和表面

6、粗糙度數(shù)值的影響規(guī)律；得出了點磨削變量角度、磨削用量等參數(shù)影響表面粗糙度數(shù)值的若干結(jié)論；實驗結(jié)果表明，本文所建立的快速點磨削表面粗糙度的理論模型與實驗結(jié)果基本吻合，并有相同的變化趨勢，理論計算模型能夠很好地預(yù)測和計算工件表面粗糙度數(shù)值。 (5)基于損傷力學(xué)和沖擊動力學(xué)原理，建立了超速沖擊載荷條件下的材料變形層動態(tài)微損傷模型和動態(tài)強度模型。提出了快速點磨削過程由高應(yīng)變率引起的材料變形層的動態(tài)微損傷屬于廣義的微損傷，即損傷變量D耦合

7、了沖擊剝裂損傷(微裂紋、微孔洞)和絕熱剪切損傷對變形層動態(tài)強度的影響。通過高韌性材料和脆性材料的應(yīng)變率效應(yīng)的理論研究和實驗驗證，深入研究了超速沖擊條件下材料去除機制的轉(zhuǎn)變機理和臨界條件。根據(jù)變形層動態(tài)微損傷所產(chǎn)生的應(yīng)變率弱化效應(yīng)，快速點磨削可改善高韌性和脆性等難磨材料的加工性能，提出了應(yīng)用快速點磨削技術(shù)加工脆、韌性難磨材料的理論和實驗研究的重要意義。 (6)分析討論了快速點磨削的綠色加工性能、超薄砂輪高速空氣帶和磨削液射流特性。