微结构化表面拓扑磨削砂轮设计与制造的若干问题研究

发布时间：2020-12-21 16:36

　　由于结构化表面在减小零件摩擦和表面拖曳阻力、改善零件的耐磨性方面均起到了重要的作用,能够有效地改善零件的机械性能,因此,研究规则结构化表面的磨削加工具有重要的意义。本文先从结构化表面的分类出发,列举了多种不同的凹坑、沟槽和凸台结构化表面,然后针对分类结果计算出相应的数学模型,再根据建立好的数学模型进行拓扑特征的提取与分析,最后通过提取的拓扑特征设计与制造拓扑磨削砂轮。在设计拓扑磨削砂轮时,从仿生学中的叶序排布理论出发,结合阵列排布和错位排布共同运用到了磨粒有序化排布超硬材料砂轮的制作中去。首先建立了工程化砂轮的数学模型以及运动轨迹方程,通过MATLAB仿真计算得出不同结构化表面所需要的边界条件和参数限定条件,再选择合适的拓扑参数仿真出来凹坑、沟槽和凸台结构化表面。采用电镀的方法对拓扑磨削砂轮进行制作,根据仿真参数设计并电镀出多种有序化排布砂轮和单颗磨削砂轮。在整个电镀工艺流程中,通过对电镀液的配比、磨粒等高性、掩膜孔尺寸、电镀电流取值、电镀工艺和条件、电镀砂轮后处理等大量实验数据的对比与分析,研究出一套完整的电镀超硬质砂轮的工艺流程,为后续的砂轮磨削实验打下了坚实的基础。在加工中心上完... 

【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

鲨鱼右侧鳞状结构

第1章绪论-3-图1.2壁虎脚趾结构Fig.1.2Geckotoestructure仿生结构化表面技术很快地运用在人类的生产实践当中去，而控制结构化表面特征形貌的几何参数是加工出结构化表面的关键性步骤。而如何控制好几何参数的大小与范围，以及采用什么样的有效加工方法，是现在作为结构化表面加工研发进程中最主要的问题。到目前科学家对结构化表面加工技术发展的进程中，大量的加工方法被提出，如能够控制选用高深宽比微结构的LIGA技术[28]、利用光刻技术，能够在金属上实现微米级的可固定或可移动微结构的UV光刻技术[29-30]、可以在冷轧薄板的表面制造出均匀分布的凸台和微坑结构的激光毛化技术[31]、在摩擦副表面利用激光制造出微细形貌造型的激光表面微细造型技术（LST）[32]、能够在钢质的薄壁缸套内孔制造出蜂窝状微坑的超声波加工技术[33]、SakaA.研究的蚀刻技术[34],Schneider.设计的振动滚轧法[35]、激光表面加工技术等[36]。1.2.2结构化砂轮磨削规则表面研究1.2.2.1结构化砂轮磨削规则纹理表面理论基础在磨削的过程中，砂轮基体表面的形貌特征会根据所取的参数复刻到待加工工件的磨削表面上，这种磨削的方法可以运用在结构化表面的制作中去。结构化表面的磨削机理如图1.3所示，砂轮基体表面的形貌呈沟槽状，在磨削中只有非沟槽结构参与了磨削加工实验，可以有效地去除工件的材料，而沟槽结构并不会去除工件表面的材料结构。当合适的转速比和参数确定时，沟槽结构化砂轮能够生成有着规则排布的沟槽结构化形貌在待加工工件表面上，若选择不同的磨削参数、使用不同的转速比或者不同的沟槽结构图案都能够使工件表面获得不同的表面纹理结构，如图1.4所示。工件表面的凹槽是由许多单独的磨粒在砂轮的一个运动过程中产生的。槽底部的表面粗糙度

沈阳理工大学硕士学位论文-4-层的粘附。所有规则纹理表面，都显示出较好的耐磨性，因为硬小的碎屑和污染物的形成润滑剂可以被吸收在槽的空间。因此可以简化润滑剂的过滤系统，以获取更大的切屑，从而提高生产效率。a,b单螺旋成型砂轮c，双螺旋成型砂轮图1.3单螺旋成型砂轮与双螺旋成型砂轮磨削平面示意图[39]Fig.1.3Schematicviewsofgrindingwiththewheelshavingsingleanddoublehelicalgroovesforshapingregularpatternsonflatsurfaces图1.4成型砂轮加工出的三种典型表面[39]Fig.1.4Threetypesofthegroovedsurfaceobtainedwiththewheelshavinghelicalgrooves在磨削中其表面形貌特征是由两个部分所决定的：主导性部分，砂轮表面的结构特征以及砂轮的转速比共同决定了磨削后工件表面纹理的分布以及形状特征；从属性部分，砂轮上磨粒的高度、形状以及分布特征，这些参数都有很大的不确定性，所以其主要影响着工件表面纹理的微观形貌。磨削结构化表面主要的影响因素就是为主导性部分，主导性部分的取值决定了表面纹理的形状、几何尺寸以及排布特征等。从属性部分对工件表面的结构形貌影响很小，主要体现在微观角度中的底部形貌以及粗糙度。因此，结构化砂轮磨削的加工机理是由主导性因素所决定的。

【参考文献】：
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本文编号：2930148