基于超声辅助端面微磨削的硬脆材料磨削力建模研究

发布时间：2020-07-28 21:24

【摘要】：微磨削技术适于加工脆硬材料,且加工零件表面精度及棱边精度高,对于加工复杂三维形状的脆硬材料微零件具有独特优势。然而,微磨削加工技术存在加工效率低、磨削热量大、微砂轮易磨损等缺陷。已有研究表明,机械—超声振动复合加工方法可有效减小切削力、降低磨削温度、抑制砂轮阻塞等。这为针对性地解决上述问题提供了一种有效的思路:于微磨削技术附加超声振动,成为一种复合加工方法——超声振动端面微磨削技术。磨削力作为一种能够综合反映磨削过程的重要加工参数,对其研究具有重要的意义,本文对硬脆材料超声振动端面微磨削磨削力进行了建模与实验研究。基于加工表面微观形貌分析,将端面磨削区域划分为主磨削区、耕犁磨削区、滑擦磨削区三个子磨削区域。通过磨粒运动学分析,研究了断续磨削实现的条件和脆—塑转变临界磨削参数。分别建立了不同材料去除机理下单颗磨粒磨削力模型:基于布氏硬度试验,建立了滑擦作用和耕犁作用下单颗磨粒磨削力模型;基于材料塑性剪切理论,采用改进的Janson-Cook本构模型,建立了塑性剪切下单颗磨粒磨削力模型;基于断裂力学及划痕试验原理,建立了裂纹形成下单颗磨粒磨削力模型。从材料应变梯度塑性理论、泰勒位错理论、耕犁力与滑擦力影响的角度,考虑了尺寸效应对磨削力的影响。基于微径砂轮表面形貌分析、统计学原理和离散积分思想,建立了各子磨削区域整体磨削力模型,并最终建立了砂轮整体磨削力模型。设计了超声振动端面微磨削试验平台,模型预测结果与实验结果较为吻合,结果表明:当频率系数k不为整数且进给—振幅比率λ小于2时,超声振动辅助端面微磨削能够实断续磨削;附加超声振动使法向磨削力、进给方向磨削力、横向进给方向磨削力分别最高降低了65.6%、47.7%、42.2%;附加超声振动使加工表面质量得到明显改善;随砂轮转速增大、进给速度减小、磨削深度降低,磨削力减小,加工表面质量逐渐改善。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.6

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