高硬度球面磨削形狀精度及表面質(zhì)量研究.pdf

1、硬密封球閥廣泛應(yīng)用于石油、煤化工、核電等重要工業(yè)領(lǐng)域，由于工況惡劣，要求這些球閥具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕和耐磨損等優(yōu)良特性。為適應(yīng)苛刻的工作環(huán)境，硬密封球閥的關(guān)鍵部件球體必須具有很高的表面硬度(HRC≥60)，球度誤差SФ≤0.02 mm(DN≤12in)，表面粗糙度Ra≤0.2μm。為達(dá)到較高的表面硬度，常在球體上噴涂WC、Ni60和STL20等高硬度材料，噴涂涂層厚度為0.4～0.6 mm。噴涂高硬度涂層后，球體進(jìn)行磨削加工，使其

2、滿足形狀精度和表面粗糙度要求。為提高高硬度球面磨削加工質(zhì)量，本文首先研究了無擺動(dòng)式和擺動(dòng)式球面磨床誤差對(duì)球度誤差的影響，然后分析了工件表面粗糙度與表面紋理，其次研究了高硬度球面磨削過程中的表面損傷，最后利用NSGA-Ⅱ遺傳算法優(yōu)化了高硬度球面磨削的工藝參數(shù)。
　　無擺動(dòng)式球面磨床磨削球面過程中，砂輪回轉(zhuǎn)軸線與球體球心之間的垂直豎向誤差會(huì)使磨削后的球面呈現(xiàn)中間低兩邊高的“中凹”形，針對(duì)“中凹”形球面形狀誤差，在擺動(dòng)式球面磨床基礎(chǔ)上，

3、提出變進(jìn)給球面磨削方法，該方法可使球度誤差減小到11μm。擺動(dòng)式球面磨床磨削球面過程中，回轉(zhuǎn)軸和球心之間的水平縱向誤差會(huì)使磨削后的球面呈現(xiàn)中間高兩邊低的“中凸”形，針對(duì)“中凸”形球面形狀誤差，提出退讓式球面磨削方法，該方法可使球度誤差減小到9μm。
　　采用坐標(biāo)變換法分別建立了無擺動(dòng)式和擺動(dòng)式球面磨削的表面紋理模型，對(duì)表面紋理進(jìn)行仿真，分析了切削參數(shù)對(duì)表面紋理和表面粗糙度的影響，并通過表面粗糙度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證建模與仿真結(jié)果。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明：無擺動(dòng)式球面磨削中為提高軌跡線密度和減小表面粗糙度，應(yīng)使磨削主速比k(k=ns/nw)不為整數(shù)，軌跡線密度隨k的增大而增大，表面粗糙度隨k的增大而減小。擺動(dòng)式球面磨削中當(dāng)磨削主速比k為Zk+0.5(Zk為整數(shù))時(shí)，兩個(gè)方向的磨削條紋交叉，且深淺一致，磨削表面粗糙度最小。
　　針對(duì)高硬度球面磨削過程中大量出現(xiàn)的球面劃傷，提出采用基于動(dòng)態(tài)磨削力閾值的模糊自適應(yīng)控制策略控制高硬度球面磨削過程，避免了球面劃傷。利用SEM研究了工件

5、表面磨削燒傷與裂紋，分析了工藝參數(shù)對(duì)磨削燒傷和裂紋的影響。實(shí)驗(yàn)中工件材料以脆性斷裂為主去除，工件表面沒有大而長的宏觀裂紋，但有不少顯微裂紋。利用X射線應(yīng)力測(cè)定儀測(cè)量了工件表面的殘余應(yīng)力，測(cè)量結(jié)果表明工件表面均為殘余壓應(yīng)力，其大小在300～500 MPa之間，對(duì)球體的使用是有益的。
　　以材料去除率最大和表面粗糙度最小為目標(biāo)，以ns、nw、ap和vb為變量，采用NSGA-Ⅱ遺傳算法優(yōu)化了高硬度球面的磨削工藝參數(shù)，與正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果對(duì)