軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪設(shè)計方法及材料去除特性研究.pdf

1、激光強(qiáng)化技術(shù)可大幅提高模具表面的硬度、耐磨性和耐腐蝕性，改善模具使用性能和提升使用壽命，但另一方面其高硬度自由曲面面形的復(fù)雜性、局域強(qiáng)化帶來的硬度差異卻制約了后續(xù)表面精密加工的開展。鑒于模具表面激光強(qiáng)化處理具有良好的應(yīng)用前景，解決其光整加工的技術(shù)難題對于激光強(qiáng)化技術(shù)在模具領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。
　　針對上述問題，本文提出了一種基于軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的光整方法。為了提升高壓環(huán)境下砂輪橡膠基體的抗撕裂特性，提出采用添加短纖維增

2、強(qiáng)砂輪基體的方法，給出了復(fù)合材料模量與強(qiáng)度預(yù)測模型;對氣壓砂輪的力學(xué)特性進(jìn)行了分析，并通過仿真進(jìn)行了驗證;采用離散元分析方法對軟固結(jié)形態(tài)下的磨粒動態(tài)特性進(jìn)行了研究;最后對軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的材料去除特性進(jìn)行了分析，并通過試驗進(jìn)行了驗證。本文具體內(nèi)容如下:
　　(1)針對復(fù)合材料中纖維的無序分布特性，建立了多維網(wǎng)狀分布模型，提出采用取向因子對其纖維分布特性進(jìn)行整體歸一化，對Halpin-Tsai方程進(jìn)行了修正，并建立了復(fù)合材料的模量

3、預(yù)測模型和強(qiáng)度預(yù)測模型，實現(xiàn)了芳綸漿粕纖維對丁苯橡膠的增強(qiáng)，制備了不同纖維體積分?jǐn)?shù)和不同尺寸的氣壓砂輪半球形增強(qiáng)橡膠基體。通過拉伸試驗對上述理論模型進(jìn)行了驗證，得出通過增加纖維所占體積分?jǐn)?shù)或使用低模量的橡膠基質(zhì)，纖維在橡膠基體中的性能越接近單一性，預(yù)測模型將更加準(zhǔn)確。上述問題的討論將為氣壓砂輪后續(xù)各項性能分析奠定基礎(chǔ)。
　　(2)建立了氣壓砂輪橡膠基體接觸力學(xué)模型，對接觸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出結(jié)論:氣壓砂輪表面接觸應(yīng)力隨著纖維體

4、積分?jǐn)?shù)的增加而增加，同樣也隨著原橡膠基體彈性模量的增加而增加，但砂輪接觸應(yīng)變卻隨之減少;結(jié)合層間彈性力學(xué)體系理論，分析了氣壓砂輪動態(tài)變化下的載荷作用規(guī)律，建立了氣壓砂輪雙層彈性力學(xué)模型;分別以復(fù)合橡膠層厚度和磨粒粘結(jié)層厚度為研究對象進(jìn)行了仿真，發(fā)現(xiàn)低橡膠層厚度有利于提升氣壓砂輪的自銳性，適合于大曲率表面加工;高橡膠層厚度則有利于提升砂輪接觸應(yīng)力，提高光整效率。以上論述分析了氣壓砂輪基體的力學(xué)特性，并為后續(xù)氣壓砂輪的制備工藝參數(shù)提供了依據(jù)

5、。
　　(3)采用離散元分析方法，建立了軟固結(jié)磨粒顆粒間的法向與切向接觸模型，分析了磨粒群的蠕變效應(yīng)，給出了顆粒微觀平動與轉(zhuǎn)動位移公式;通過對密集顆粒系統(tǒng)的數(shù)值模擬，闡述了蠕變現(xiàn)象的發(fā)生過程，并分析了軟固結(jié)磨粒群和游離磨粒群的接觸力網(wǎng)，證實了前者產(chǎn)生的表面接觸應(yīng)力將顯著大于后者的接觸應(yīng)力;闡述了軟固結(jié)磨粒群氣壓砂輪的低壓接觸成型制作工藝流程和評價標(biāo)準(zhǔn)，給出了可用于不同加工環(huán)境下的磨粒與粘結(jié)劑具體配比方案。上述分析描述了軟固結(jié)磨粒群

6、的微觀作用機(jī)理，為后續(xù)氣壓砂輪最終材料去除模型的建立提供了依據(jù)。
　　(4)建立了氣壓砂輪表層單顆磨粒的力學(xué)模型，得出磨粒群微觀作用機(jī)理與氣壓砂輪材料去除特性之間的聯(lián)系。結(jié)合拉賓諾維奇磨損原理，對Preston方程系數(shù)進(jìn)行修正，并對磨粒群在柔性支撐環(huán)境下的應(yīng)力計算進(jìn)行修正，給出了表層磨粒群在動態(tài)變化下的速度計算公式，最終建立了適用于軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的材料去除預(yù)估模型，并通過試驗進(jìn)行了驗證，得出軟固結(jié)磨粒較游離磨粒有著更高的材料去