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          超高速平面磨削快速點磨機理

          發布時間:2022/7/19
          超高速平面磨削快速點磨機理
            使用CBN磨料模具的超高速平面磨削技術是先進制造的前沿技術,快速點平面磨削則是超高速
           ?、匐y加工材料的快速點平面磨削性能分析 在超高速外圓平面磨削加工中,接觸層材料的變形式中,l為平面磨削區動態弧長;u為實際速度;ap為平面磨削深度;ds和us分別為砂輪直徑和砂輪線速度;dw和uw分別為工件直徑和工件速度;逆磨時取正號;順磨時取負號。度和軸向進給量極小(平面磨削深度一般為0.02~0.2vm),單顆磨粒的平面磨削厚度及接觸弧長更小??紤]速度的合成,實際平面磨削速度可高達200~250 m/s,因此磨粒和平面磨削層材料碰撞的特征時間更短,一般為10-6~10-5S。平面磨削區接觸層某點的應變率可表示成該點應變e對時間t的導數。由于點平面磨削接觸弧長極小,接觸層平均應變率等于平面磨削速度除以結構的變形區
            根據式(17),接觸區平均應變率可高于105s。如果忽略接觸弧的曲率效應而僅考慮磨粒與材料碰撞點附近的局部變形區域,則磨粒與平面磨削層的作用特征時間更為短暫,應變率可高達107~108S-1根據表,超高速平面磨削過程已屬沖擊或超速沖擊載荷的力學行為,
            表 載荷性質劃分  

          特征時間/s

          104~106

          100~102

          10~2

          10-5~10-3

          10-8~10-6

          應變率/s-1

          載荷性質

          10-9~10-5

          蠕變

          10-4~10-1

          準靜態

          10-1~100

          動態

          10-2~10-4

          沖擊

          10-4~10-8

          超速沖擊

            一些高性能硬脆材料在工程中的應用日趨廣泛,但改善這類材料的機械tn-r性能始終是一項技術難題。研究結果表明,脆性材料在超高速平面磨削條件下可以實現延性域平面磨削。由于快速點平面磨削過程中材料極高的應變率,材料變形層將產生高度局部化的絕熱剪切和動態微損傷。應變率弱化效應對平面磨削過程,特別是對平面磨削力及材料去除機理的影響會更為顯著,脆性材料不再完全以脆性斷裂的形式產生磨屑,因此可實現對硬脆性材料的“延性”加工,從而大大提高硬脆性材料的平面磨削質量和加工效率。此外,由于金屬活性高、熱導率低等因素影響,鎳基耐熱合金、鈦合金和鋁合金等一些難磨材料在普通平面磨削條件下平面磨削加工性很差??焖冱c平面磨削的磨屑行程時間極短,磨屑變形速度已接近靜態塑性變形應力波的傳播速度。由于塑性變形的滯后而使犁耕變形減小,材料變形區動態微損傷密度增加,這相當于材料塑性降低,磨屑在彈性狀態下去除,從而可實現延性材料的“脆性”加工,并可減小加工硬化傾向,降低表面粗糙度值和殘余應力。根據波動方程,材料靜態應力波速度可表示為材料密度;材料變形層應力;材料變形層應變。
            根據純鋁材料在靜態條件下應力和應變關系曲線,由式(18)可求得純鋁材料的靜態塑性應力波速約為200m/s。圖16和圖17分別為超高速平面磨削純鋁的試驗結果。當平面磨削速度超過200m/s時,表面硬化程度和表面粗糙程度值開始減小,工件表面完整性得到改善,因此加載速度提高使得塑性應變點后移,增大了材料在彈性小變形階段被去除的概率,從而在一定程度上實現了塑性材料的“脆性”加工。因此,塑性材料靜態應力波速是實現“脆性”加工的臨界點??焖冱c平面磨削可以實現更高的平面磨削工藝參數,對高韌性難磨材料也可獲得良好的平面磨削加工性能。
             
            圖 16平面磨削表面硬度
             
            圖17平面磨削表面粗糙度
            基于以上分析,通過優化平面磨削工藝參數,快速點平面磨削可實現對脆性和韌性難磨材料的高質量平面磨削加工,因此應開展采用快速點平面磨削工藝平面磨削這類難加工材料的理論和試驗研究,發揮其技術特點,加大快速點平面磨削加工材料的范圍。
           ?、趶碗s回轉表面點平面磨削加工 快速點平面磨削目前主要用于軸類零件圓柱表面及溝槽的平面磨削加工。如一汽大眾汽車有限公司采用快速點平面磨削工藝平面磨削EAll3五氣門系列發動機凸輪軸軸頸,大大提高了生產率及加工質量,效益顯著。在大批量生產中,復雜回轉曲面精密加工的主要方法是砂輪成形平面磨削,但對砂輪形狀精度要求較高,平面磨削發熱量大,加工質量不夠穩定,砂輪修整過程復雜,工藝成本較高。根據超高速點平面磨削的技術特點,通過合理控制超薄砂輪軸線相對于工件軸線在水平方向的點平面磨削質量角度盧,結合X、y軸的CNC聯動,利用超薄砂輪能夠進入普通砂輪所不能進入的平面磨削區,可以實現這類復雜回轉曲面零件的點平面磨削加工(圖18),從而簡化這類零件的加工工藝,取得良好的經濟效益。因此,需要進一步開發在這一領域點平面磨削工藝,充分發揮快速點平面磨削技術性能,擴大快速點平面磨削加工幾何形面的適用范圍。
             
           ?、凵拜喣p機制 快速點平面磨削砂輪直徑一般為350~400mm,金屬基體周邊徑向磨料層厚度以及砂輪寬度僅有4~6mm。平面磨削外圓表面時,由于點平面磨削變量角的存在,根據平面磨削幾何學關系,砂輪與工件母線理論上為點接觸,接觸區主要分布在靠近砂輪邊緣并與砂輪側邊相重合的近似半橢圓區域。由于形成“后角”,材料的去除主要由砂輪的側邊完成,砂輪周邊僅起類似車刀副切削刃的光磨作用。由于平面磨削區不同半徑處砂輪側邊線速度、接觸弧長和單顆粒平面磨削厚度不同(圖19),因此砂輪沿橫向的磨損表現及砂輪修整方法與常規平面磨削存在一定區別。
            根據對我國汽車制造企業應用快速點平面磨削工藝現狀的調查結果,由于缺乏對超薄超硬磨料砂輪在快速點平面磨削條件下磨損機理的認識,砂輪的修整都是根據規定的加工工件數量并按一定的生產周期進行,因此存在因砂輪修整過早而使超硬磨料損耗嚴重、超薄砂輪壽命降低或因修整過晚而影響加工質量的現象。這是快速點平面磨削工藝目前存在的一項技術難題。與普通外圓平面磨削不同,砂輪主要是沿側邊磨損。為減小超硬磨料消耗,保證加工精度及工件尺寸的一致性,應進行合理有效的砂輪修整。因此,需要研究和建立相應的砂輪磨損模型及砂輪側邊損量對平面磨削性能的影響規律,科學地評價砂輪磨損狀態與磨鈍標準,并以此為基礎研究 CBN點平面磨削超薄砂輪的修整理論和技術方法。
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