弹性基体磨具的磨抛轨迹与表面加工质量研究

作     者：郭磊 明子航 靳淇超 王家庆 李哲熙 张新荣 GUO Lei;MING Zi-hang;JIN Qi-chao;WANG Jia-qing;LEE Chul-hee;ZHANG Xin-rong

作者机构：长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 仁荷大学机械工学系仁川22212 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2022年第51卷第12期

页      面：255-268页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51805044) 中国博士后科学基金(2020M673318) 陕西省自然科学基础研究计划(2022JM−254) 机械传动国家重点实验室开放基金(SKLMT−MSKFKT−202006) 

主　　题：弹性磨削抛光 磨粒轨迹 表面质量 轨迹均匀性 表面形貌 材料去除率 

摘      要：目的解决以光学玻璃为代表的硬脆材料加工效率与表面质量难以同时得到保证的共性问题。方法以弹性基体工具磨削抛光技术为基础,分析弹性接触区域内有效工作磨粒的运动行为。基于Preston方程材料去除模型,研究磨抛过程中磨抛接触区域的接触面积、速度分布、多颗磨粒的运动轨迹。基于运动学模型,探究磨抛过程中磨具的运动学参数、磨粒浓度及排布特征等因素对磨粒磨抛轨迹的影响,采用磨具与工件接触区域磨粒运动轨迹相对面积占比和变异系数表征磨粒运动轨迹分布的均匀性,并建立基于轨迹均匀性的加工表面质量评价方法,优化工艺参数。以石英玻璃为加工对象,以硅橡胶中混入金刚石磨粒为基体,通过正交实验研究不同参数对工件表面质量的影响。结果仿真结果表明,选取自转速度为300 r/min、进给速度为1 mm/s、磨抛进动角为15°,磨粒浓度及排布采用1 mm磨粒理论间距,此时获得的最大磨粒运动轨迹相对面积占比为96.46%,最小变异系数为0.375。通过实验,得到了选取磨抛工艺参数中的最佳参数组合,自转速度为1200 r/min,进给速度为1 mm/s,磨抛进动角为15°~20°,磨粒浓度及排布采用磨粒间距1 mm,该组合可将工件的表面粗糙度由1.078μm降至0.057μm,材料去除率为3.8×108μm^(3)/min。结论磨粒运动轨迹的密集程度与自转速度、磨粒浓度及排布呈正相关,与进给速度呈负相关,在考虑加工成本的前提下,采用高自转速度、高磨粒浓度、低进给速度及15°~20°的进动角可以获得密集且均匀的磨粒运动轨迹,提高了工件的表面质量和材料去除效率。