超硬材料多线磨削加工方法研究

发布时间：2020-09-09 20:21

　　超硬材料因为其具有优异的物理化学性能,在信息、采矿、航空、等领域取得了广泛的应用,但是由于其加工较为困难,长期困扰着生产,迫切需要解决硬脆材料的高效加工问题。针对这一问题,本文提出了一种用于超硬材料加工的新方法——多线磨削。多线磨削即是将一股固结磨料的金刚石线在空间组合排布形成线带,在辅助机构支承下或自身张力的作用下使线带与被加工件发生接触和相对运动,可实现连续磨削的一种加工方式。该方法增加了硬脆材料加工的手段,为超硬材料加工提供了新理论和新思路。多线磨削具有散热性好,磨屑不易堵塞刀具、加工效率高、成本低等优势,应用前景广阔。全文主要研究内容如下:结合多线切割和磨削加工研究现状,设计完成了多线磨削装置的主要构型,包括磨削系统、冷却系统、压磨轮、床身等。研究了加工机理,制定了丝线的排线方案和加工工艺过程。并利用ISIGHT集成Creo和ANSYS对压磨轮几何尺寸进行拓扑优化,最终确定了装置的关键参数。在砂轮磨削、超硬材料建模等理论基础上,以工程陶瓷这一典型超硬材料为例,推导了多线磨削加工的磨削力模型。首先总结了硬脆材料的加工特点,根据磨深和临界厚度的关系分别建立载荷公式。介绍了了几种基本参数建模方法及理论公式,最终得到金刚石线磨削力模型。将金刚石磨粒进行简化,基于虚拟格子法建立了多磨粒位姿随机分布的微段金刚石线模型。基于DEFORM-3D仿真分析软件进行有限元仿真实验,研究多线磨削加工走丝速度、磨削深度、金刚石线直径(对应不同粒径金刚石颗粒)、横向摆动速度等对磨削力及磨削力比的影响规律。针对多线磨削机床中的驱动装置和排线装置设计了控制系统,对差动式张力传感器、张紧机构、自动排线机构进行选型和构型设计。多线磨削可用于加工平面、台阶轴、简单曲面等,实现超宽重载加工,为超硬材料加工提供了新思路和新方法,具有广阔的应用前景。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.75
【部分图文】：

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超声加工原理如图1-1 所示，是令给工具头施加高频振动，同时在工具头的振动方向施加一个压力，端头振动带动液体中悬浮颗粒撞击工件进行加工。越是硬脆材料，受到磨粒连续撞击时产生的破坏就越大[10]。因此，对于电火花加工等无法加工的陶瓷、石英晶体、玻璃、半导体等很适合采用超声波加工。同时超声波加工精度较高，加工表面无组织改变，也不会有烧伤。此外，在传统的砂轮磨削、车削、电火花加工中沿着一定方向加入超声频率振动，常常能降低表面粗糙度，减少刀具损耗。但是超声加工范围小，效率低，多用于钻孔、铣孔，难以大规模应用[11]。图 1-2 电火花加工原理图Figure 1-2 Schematic diagram of EDM电火花加工 (EDM)[12]原理如图 1-2 所示，是将金属丝和工件放到绝缘的工作液中，分别接直流脉冲电源的正负极。两者之间依靠空气薄膜绝缘，在电压作用下薄膜被击穿产生放电效应，通过悬浮于工作液中高能等离子的刻蚀作用气化

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图 1-2 电火花加工原理图Figure 1-2 Schematic diagram of EDM电火花加工 (EDM)[12]原理如图 1-2 所示，是将金属丝和工件放到绝缘的工作液中，分别接直流脉冲电源的正负极。两者之间依靠空气薄膜绝缘，在电压作

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图 1-3 多线切割机及原理图Figure 1-3 The multi-wire cutting machine本文设计的多线磨削机床借鉴了部分多线切割机的研究现状。多线切割现被大规模应用在半导体加工等领域，其原理是[15]：将人造金刚石磨粒固结在金属丝

【参考文献】