超高速點(diǎn)磨削陶瓷CBN砂輪性能的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超高速磨削技術(shù)被喻為“現(xiàn)代磨削的最高峰”,已被國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)列為面向21世紀(jì)的中心發(fā)展方向。德國(guó)Junker公司1994年開(kāi)發(fā)的超高速點(diǎn)磨削技術(shù)是超高速磨削又一新的應(yīng)用形式,是集數(shù)控柔性加工技術(shù)、CBN超硬磨料、超高速磨削三大先進(jìn)技術(shù)于一身的先進(jìn)加工工藝。超高速陶瓷CBN砂輪技術(shù)是超高速點(diǎn)磨削關(guān)鍵技術(shù)之一,陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪因其優(yōu)良的磨削性能和制作過(guò)程的綠色、環(huán)保、節(jié)能、低耗被公認(rèn)為是高速、高效、高精、低成本、低環(huán)境污染的高性能砂輪

2、,是近年來(lái)世界各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
　　本文從超高速點(diǎn)磨削的機(jī)理分析入手,針對(duì)超高速點(diǎn)磨削陶瓷CBN砂輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),按照磨削理論和合成材料的制備原則,對(duì)其各組成部分及其關(guān)鍵技術(shù)、制造工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,并對(duì)研發(fā)的超高速點(diǎn)磨削砂輪進(jìn)行了磨削性能實(shí)驗(yàn)。
　　總結(jié)全文,本論文的工作概括如下:(1)概述了超高速磨削技術(shù)及其理論研究領(lǐng)域的發(fā)展歷史。系統(tǒng)論述了超高速陶瓷CBN砂輪磨削的優(yōu)越性及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。闡明了本課題的研究目

3、的和意義。(2)從砂輪、工件接觸弧長(zhǎng)和未變形切屑厚度這兩個(gè)基本參數(shù)入手,論述了兩個(gè)變量角α和β對(duì)超高速點(diǎn)磨削機(jī)理的影響。在此基礎(chǔ)上建立了點(diǎn)磨削力、磨削溫度、磨削表面粗糙度理論數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)各數(shù)學(xué)模型的MATLAB仿真,從磨削機(jī)理的角度分析了點(diǎn)磨削變量角及其他磨削參數(shù)對(duì)磨削力、磨削溫度和表面粗糙度的影響規(guī)律。(3)在高速、超高速砂輪應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上,借助ANSYS軟件,以徑向膨脹量最小為目標(biāo)函數(shù),分析了超高速點(diǎn)磨削砂輪基盤(pán)形狀、材料、尺

4、寸等的選擇,進(jìn)行了最終截型的優(yōu)化。(4)為了研發(fā)良好的超高速點(diǎn)磨削砂輪,對(duì)國(guó)內(nèi)外8種有代表性的CBN磨料進(jìn)行了常溫性能、高溫性能和耐腐蝕性能進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn),并對(duì)不同材料工件和加工需要對(duì)磨料的種類(lèi)和粒度進(jìn)行了探討性選擇;然后根據(jù)低溫高強(qiáng)陶瓷結(jié)合劑的要求,設(shè)計(jì)了三組結(jié)合劑配方。通過(guò)對(duì)三種結(jié)合劑的成分、耐火度、抗折強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、物相、微觀形貌的實(shí)驗(yàn)分析、對(duì)比,研制出了符合超高速點(diǎn)磨削砂輪要求的低溫高強(qiáng)結(jié)合劑。(5)由于砂輪節(jié)塊對(duì)于點(diǎn)磨削砂

5、輪的制作和磨削性能很重要,所以,利用ANSYS軟件對(duì)目標(biāo)200m/s,直徑Φ370mm的超高速點(diǎn)磨削陶瓷CBN砂輪節(jié)塊進(jìn)行了優(yōu)化分析。根據(jù)優(yōu)化節(jié)塊的尺寸和強(qiáng)度結(jié)果,為了確保點(diǎn)磨削砂輪的安全性,提出了砂輪節(jié)塊的最低強(qiáng)度要求。然后,以前面分析的CBN磨料和陶瓷結(jié)合劑為基礎(chǔ),對(duì)多組燒結(jié)砂輪樣條進(jìn)行了強(qiáng)度校核、分析,最后得出了高強(qiáng)度砂輪樣條所需磨料的微觀形貌、粒度、濃度等參數(shù)特點(diǎn)和要求。(6)在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)超高速點(diǎn)磨陶瓷CBN砂輪的制

6、作工藝研發(fā)、制作了超高速點(diǎn)磨削陶瓷CBN砂輪一塊,并在東北大學(xué)超高速點(diǎn)磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái)和北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院凸輪軸高速磨削實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,對(duì)點(diǎn)磨削砂輪的磨削性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)表明:點(diǎn)磨削力隨砂輪速度的增加而降低,隨工件速度、磨削深度、縱向進(jìn)給速度的增加而升高;磨削溫度隨砂輪速度的增加而降低,隨工件速度、磨削深度、縱向進(jìn)給速度的增加而升高;水平變量角的增大有利于磨削力、磨削溫度的降低,但是,犧牲了表面粗糙度值。當(dāng)變量角αβ都為+5°或-5。時(shí),被磨

7、工件的粗糙度Ra值略有增大,但工件表面的金相組織中無(wú)白層出現(xiàn),被磨工件表面為殘余壓應(yīng)力;當(dāng)變量角αβ都為0°時(shí),Ra值雖有所降低,但工件表面的金相組織中出現(xiàn)了有害的白層組織,即磨削溫度高于727℃,被磨工件表面為殘余拉應(yīng)力。同時(shí)進(jìn)行的磨削比表明:以被磨工件表面粗糙度Ra≤0.4μm、表面不出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力為磨鈍標(biāo)準(zhǔn),超高速點(diǎn)磨削砂輪的磨削比G=170。同批次的陶瓷CBN砂輪生產(chǎn)中的磨削性能達(dá)到了進(jìn)口砂輪的水平。(7)在超高速點(diǎn)磨削陶瓷CB