超高速點磨削機理與加工表面質(zhì)量影響因素的研究.pdf

1、超高速點磨削是超高速磨削技術(shù)和點磨削技術(shù)的結(jié)合，利用超高速磨削高效、切削能力強和點磨削材料去除率大、表面質(zhì)量高的特點進行磨削加工。其微觀實質(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。磨削機理因力學特性和熱特性、砂輪，工件接觸振動、砂輪磨損形式等而發(fā)生變化。因此，傳統(tǒng)外圓磨削機理并不完全適用于超高速點磨削。本課題來源于國家自然科學基金項目(No.50775032)。本文主要研究工作和取得

2、成果有如下幾方面：
　　 (1)闡述了點磨削概念和工藝特點，概述了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，說明了東北大學開展點磨削研究的條件、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、沖擊動力學、傳熱學、摩擦學、振動學等基礎(chǔ)理論分析了超高速點磨削相關(guān)機理，系統(tǒng)地建立了點磨削幾何學模型。點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，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、進給速度、點磨削切屑生成機理、材料去除方式、工件合成速度、磨削區(qū)形狀、砂輪承載等機理。點磨削磨粒劃擦實驗表明磨粒的實際切深要比理論切深小。隨后分析了點磨削材料去除率和回轉(zhuǎn)曲面點磨削機理。
　　 (3)設(shè)計制作了超高速點磨削砂輪，優(yōu)化了磨料層結(jié)構(gòu)，并用激光傳感器、掃描電鏡綜合評價其表面形貌。結(jié)合有限元計算和試驗發(fā)現(xiàn)該砂輪磨削能力強、強度充裕、超高速旋轉(zhuǎn)時變形小、對主軸負載小，應(yīng)用效果理想。
　　 (4)分析了點磨削砂輪磨損

4、機理，建立了點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。通過一定數(shù)量的點磨削試驗，找出了使砂輪磨損最小的傾斜角區(qū)間。
　　 (5)設(shè)計并完成了點磨削力和工件振幅的超高速點磨削正交試驗，討論了砂輪速度、磨削深度、工件軸向進給速度等磨削參數(shù)和光磨次數(shù)對點磨削切向力、法向力的影響趨勢，得出點磨削力比范圍和變化規(guī)律。測量了工件和測力項尖、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)對點磨削切向振幅和法向振幅的影響情況及其對工件表面波紋度的影響。
　　 (6)通過進行金相、殘余應(yīng)力、硬度和能譜試驗，評定了超高速點磨削獲得的加工表面的完整性。利用有限元方法對點磨削溫度場分布進行了初步分析。結(jié)合熱電偶方法和紅外熱像儀測溫方法進行了普通砂輪速度條件下的點磨削溫度試驗。研究發(fā)現(xiàn)，點磨削使用CBN薄砂輪相對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。兩種方法都得出點磨削溫度不高。
　　 (7)建立了點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)計了超高速點磨削試驗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。試驗結(jié)果表明，這種加注方式對降低磨削區(qū)溫度、清理磨屑效果良好。最后進行了超高速點磨削流體磨削壓試驗，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)磨削會有更多磨削液通過磨削區(qū)。
　　 (8)對超高速點磨削加工表面粗糙度進行了系統(tǒng)性分析，結(jié)合磨

7、削力、振動試驗，重點分析了磨削參數(shù)和光磨次數(shù)對超高速點磨削表面粗糙度的影響。針對點磨削傾斜角、磨削參數(shù)、光磨次數(shù)和砂輪磨料層傾角對點磨削粗糙度的影響做了一系列單因素普通速度點磨削試驗。通過對試驗獲得的加工表面分別進行表面承載特性、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，綜合評價了多參數(shù)條件下（超高速）點磨削加工生成表面粗糙度和波紋度，以及各參數(shù)對加工表面輪廓分布的影響趨勢。
　　 (9)總結(jié)了論文工作，并提出