影响表面质量的磨削特征辨识、工艺优化与监控方法研究
发布时间：2021-04-02 20:08
航空航天高端装备的快速发展,对高性能零件的要求越来越高。磨削作为一种重要的精密和超精密加工方法,在零件制造中发挥着关键作用,其加工质量及稳定性决定着零件的服役性能与产品的可靠性。磨削加工是一个复杂动态和多变量耦合的过程,加工时会受磨削参数、砂轮特性、工件材料和工艺系统动态稳定性等多种因素影响,导致加工质量出现较大的不确定性。如何准确有效地实现磨削加工过程监控及其工艺参数优化一直是改善磨削质量和效率的重要问题。本课题以高性能惯性导航关键件-整体式双平衡环挠性接头（恒弹性合金钢3J33）的磨削加工过程质量监控及工艺优化为对象,开展了磨削监控基础理论、信号特征提取与辨识、多目标工艺优化、加工过程与表面质量监控等方面研究,主要工作及创新成果如下:（1）构建了基于信息物理系统及加工状态数据驱动（CPS-SDD）的磨削加工过程监控实验平台。根据磨削表面质量目标确定了评价指标与测试方法,掌握了磨削过程中力、温度、振动和声发射等物理信号产生机制,研究了适合磨削表面质量监控的机器学习方法,建立了磨削工艺信息—过程状态—加工质量的映射关系。（2）提出了基于磨削过程中物理信号与表面质量高关联度的磨削特征辨识...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
表面完整性示意图
东华大学博士学位论文第一章绪论4为由磨粒去除材料时塑性变形引起的残余应力分布情况，其表面与亚表面残余应力通常是压应力。磨削热会使材料在加工中受热膨胀、加工后冷却收缩，从而产生表面和亚表面残余拉应力，如模式b所示。模式c为材料相变作用对残余应力分布的影响，相变后材料密度小于原始密度时，材料的物相体积膨胀受到了原始材料未影响区域中物相体积的约束，若零件表面为压应力，那么亚表面残余压应力会增加（模式c1）；相变后材料密度大于原始密度时，材料的物相体积有所收缩，而原始材料的未影响区域物相体积保持不变，若零件表面为拉应力，则会增加亚表面的残余拉应力（模式c2）。(a)塑性变形因素(b)热膨胀因素(c1)相变密度<材料原始密度(c2)相变密度>材料原始密度图1-2引起残余应力的三种主要因素及其规律磨削加工是一个非常复杂的过程，受到微观和宏观尺度上力学与热学行为的非线性相互作用。由于该过程充满了诸多不确定因素，因此一般采用有限元分析的方法，通过输入一定的力热载荷条件来预测残余应力的变化趋势。Hamdi和Zahouani[18]利用有限元热力耦合模型分析了磨削工艺参数对合金钢AISI52100残余应力的作用机制。该模型将砂轮速度、工件速度和磨削深度作为输入，计算得到不同磨削条件下工件表面残余应力的变化。结果表明，砂轮速度越高，磨削温度也相应地上升，导致工件表面出现更大的残余拉应力。Gangaraj等人[19]进一步发现表面
东华大学博士学位论文 第一章 绪论 法，已成为磨削加工质量研究关注的重点。 （1）砂轮磨损监控方法研究 在磨削过程中，砂轮表面的磨粒会随着材料去除量的增加而产生磨损、断裂和脱落，使砂轮逐渐失去切削性能，增加去除材料所需的磨削能量。同时磨屑会堵塞磨粒与磨粒、磨粒与结合剂之间的间隙，降低砂轮的散热能力，导致砂轮与工件表面的接触区域内产生高温而出现热损伤，恶化工件的表面质量。根据磨削机理和磨粒特性，砂轮磨损主要表现为四种主要形式[53]：摩擦磨损、结合剂断裂、磨粒微观破碎和宏观断裂，如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速磨削18CrNiMo7-6齿轮钢对残余应力的影响[J]. 陈鑫,王栋,刘昱范. 机械设计与制造. 2017(09)
[2]超声磨削表面残余应力工艺实验与回归分析[J]. 何玉辉,周剑杰,周群,唐楚,万荣桥,唐进元. 西南交通大学学报. 2017(03)
[3]8Cr4Mo4V钢制轴承套圈磨削表面烧伤检测方法[J]. 刘明,刘明阳,胡北,李浩玮. 轴承. 2017(03)
[4]磁巴克豪森噪声技术的发展现状[J]. 沈功田,郑阳,蒋政培,谭继东. 无损检测. 2016(07)
[5]陶瓷结合剂CBN砂轮磨损与磨削比的研究[J]. 卢海燕,曹硕生,申其芳,伍丽峰. 机床与液压. 2014(23)
[6]齿轮磨削烧伤检测技术现状及发展趋势[J]. 宋亚虎,刘铁山,史向阳,魏忠杰,孙胜伟,赵学谦. 理化检验(物理分册). 2014(10)
[7]磨削残余应力的产生与X射线衍射分析方法[J]. 周荣莲,凌洁,杨静,张龙祥,刘亮. 理化检验(物理分册). 2014(06)
[8]基于精密磨削的振动监测技术研究与应用[J]. 柯晓龙,黄海滨,刘建春. 重庆理工大学学报(自然科学). 2013(12)
[9]零部件的磨削烧伤检测及应用分析[J]. 朱正德. 现代零部件. 2013(11)
[10]工件磨削烧伤及其检测、评定方法简析[J]. 朱正德. 柴油机设计与制造. 2013(02)
博士论文
[1]新型CBN高速点磨削砂轮磨削性能研究[D]. 尹国强.东北大学 2016
[2]高速精密外圆磨削热及其监控方法的研究与应用[D]. 庞静珠.东华大学 2015
[3]工程陶瓷点磨削表面质量建模及其演化机理的研究[D]. 马廉洁.东北大学 2014
硕士论文
[1]锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测系统开发[D]. 张凌浩.北京工业大学 2017
[2]风电叶片磨削加工中磨削力及表面成形过程研究[D]. 时辰.河北工业大学 2014
本文编号：3115882
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
表面完整性示意图
东华大学博士学位论文第一章绪论4为由磨粒去除材料时塑性变形引起的残余应力分布情况，其表面与亚表面残余应力通常是压应力。磨削热会使材料在加工中受热膨胀、加工后冷却收缩，从而产生表面和亚表面残余拉应力，如模式b所示。模式c为材料相变作用对残余应力分布的影响，相变后材料密度小于原始密度时，材料的物相体积膨胀受到了原始材料未影响区域中物相体积的约束，若零件表面为压应力，那么亚表面残余压应力会增加（模式c1）；相变后材料密度大于原始密度时，材料的物相体积有所收缩，而原始材料的未影响区域物相体积保持不变，若零件表面为拉应力，则会增加亚表面的残余拉应力（模式c2）。(a)塑性变形因素(b)热膨胀因素(c1)相变密度<材料原始密度(c2)相变密度>材料原始密度图1-2引起残余应力的三种主要因素及其规律磨削加工是一个非常复杂的过程，受到微观和宏观尺度上力学与热学行为的非线性相互作用。由于该过程充满了诸多不确定因素，因此一般采用有限元分析的方法，通过输入一定的力热载荷条件来预测残余应力的变化趋势。Hamdi和Zahouani[18]利用有限元热力耦合模型分析了磨削工艺参数对合金钢AISI52100残余应力的作用机制。该模型将砂轮速度、工件速度和磨削深度作为输入，计算得到不同磨削条件下工件表面残余应力的变化。结果表明，砂轮速度越高，磨削温度也相应地上升，导致工件表面出现更大的残余拉应力。Gangaraj等人[19]进一步发现表面
东华大学博士学位论文 第一章 绪论 法，已成为磨削加工质量研究关注的重点。 （1）砂轮磨损监控方法研究 在磨削过程中，砂轮表面的磨粒会随着材料去除量的增加而产生磨损、断裂和脱落，使砂轮逐渐失去切削性能，增加去除材料所需的磨削能量。同时磨屑会堵塞磨粒与磨粒、磨粒与结合剂之间的间隙，降低砂轮的散热能力，导致砂轮与工件表面的接触区域内产生高温而出现热损伤，恶化工件的表面质量。根据磨削机理和磨粒特性，砂轮磨损主要表现为四种主要形式[53]：摩擦磨损、结合剂断裂、磨粒微观破碎和宏观断裂，如图 1-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速磨削18CrNiMo7-6齿轮钢对残余应力的影响[J]. 陈鑫,王栋,刘昱范. 机械设计与制造. 2017(09)
[2]超声磨削表面残余应力工艺实验与回归分析[J]. 何玉辉,周剑杰,周群,唐楚,万荣桥,唐进元. 西南交通大学学报. 2017(03)
[3]8Cr4Mo4V钢制轴承套圈磨削表面烧伤检测方法[J]. 刘明,刘明阳,胡北,李浩玮. 轴承. 2017(03)
[4]磁巴克豪森噪声技术的发展现状[J]. 沈功田,郑阳,蒋政培,谭继东. 无损检测. 2016(07)
[5]陶瓷结合剂CBN砂轮磨损与磨削比的研究[J]. 卢海燕,曹硕生,申其芳,伍丽峰. 机床与液压. 2014(23)
[6]齿轮磨削烧伤检测技术现状及发展趋势[J]. 宋亚虎,刘铁山,史向阳,魏忠杰,孙胜伟,赵学谦. 理化检验(物理分册). 2014(10)
[7]磨削残余应力的产生与X射线衍射分析方法[J]. 周荣莲,凌洁,杨静,张龙祥,刘亮. 理化检验(物理分册). 2014(06)
[8]基于精密磨削的振动监测技术研究与应用[J]. 柯晓龙,黄海滨,刘建春. 重庆理工大学学报(自然科学). 2013(12)
[9]零部件的磨削烧伤检测及应用分析[J]. 朱正德. 现代零部件. 2013(11)
[10]工件磨削烧伤及其检测、评定方法简析[J]. 朱正德. 柴油机设计与制造. 2013(02)
博士论文
[1]新型CBN高速点磨削砂轮磨削性能研究[D]. 尹国强.东北大学 2016
[2]高速精密外圆磨削热及其监控方法的研究与应用[D]. 庞静珠.东华大学 2015
[3]工程陶瓷点磨削表面质量建模及其演化机理的研究[D]. 马廉洁.东北大学 2014
硕士论文
[1]锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测系统开发[D]. 张凌浩.北京工业大学 2017
[2]风电叶片磨削加工中磨削力及表面成形过程研究[D]. 时辰.河北工业大学 2014
本文编号：3115882
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