超高速点磨削表面质量影响因素的研究

作     者：刘月明 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巩亚东

授予年度：2009年

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] 

主      题：超高速点磨削 砂轮设计 仿真 磨削力 

摘      要：超高速点磨削是超高速磨削的一种更为先进、高效的磨削方式,集成了数控技术,CBN砂轮技术和超高速磨削技术等先进技术。点磨削加工技术主要用于轴类零件的加工,目前已经在国外汽车、机床及工具制造业中得到广泛应用,但是理论研究尚处于起步阶段。点磨削加工与普通的外圆磨削相比较,点磨削具有磨削力小,磨削温度低等优点,但是在国内外对其磨削机理,磨削质量控制等方面的研究及其相关技术信息鲜见报道。国内的部分汽车制造企业针对特定的轴类零件的加工,全套引进了这一点磨削技术,由德国的勇克公司制造的QUICKPOINT5000被引进了国内,但是由于不掌握其核心技术及其相应的理论,只能采用原点磨削机床自带的工艺程序,不能进行工艺开发,应用范围有限。因此,这项新工艺的许多关键技术及理论、新的应用领域有待于进一步开发和研究。 超高速点磨削采用超薄砂轮(4-6mm)CBN砂轮和90-160m/s的砂轮线速度,点磨削工艺的工作原理是：在水平和垂直两个方向上,要求砂轮轴线和工件轴线形成夹角,主要的作用是使砂轮和工件理论上点接触,并且应用的砂轮形状与普通的砂轮是不用的,它具有粗磨区倾角。总结全文,本论文的主要研究工作包括以下几个方面： (1)叙述了超高速磨削技术和超高速点磨削工艺的发展状况、特点及应用状况,总结了点磨削的相关技术及国内外发展状况,并结合点磨削工艺的实际发展状况提出了本课题的研究意义和研究内容等。 (2)根据新型砂轮的具体形状,分析了砂轮周边粗磨削区域和精磨削区域的作用,介绍了砂轮轴线与工件轴线之间夹角的作用,推导粗磨削区域和精磨削区域在磨削中各自去除材料的体积分配,推导粗磨削区的砂轮和工件的等效直径和等效线速度,由等效直径得到了在点磨削中接触区域的接触弧长,利用Abaqus/Explicit有限元法对切削过程进行仿真,得出已加工表面的残余应力随磨粒切削速度改变和表面深度改变的变化情况,为超高速点磨削实现高精度加工奠定理论基础。 (3)采用轴对称结构的有限元模型,先从理论上分析了等厚度砂轮基体的径向应力和环向应力的分布状况及砂轮在高速旋转的时候产生的径向位移膨胀量。利用ABAQUS仿真了砂轮不同截面的变厚度基体在150m/s速度下的应力分布和径向位移膨胀量,确定砂轮基体的材料和截面形状,分析磨粒、粒度、结合剂、浓度及磨粒层的尺寸之间的关系和工件表面质量的关系。 (4)设计验证普通外圆磨削与点磨削中径向磨削力和切向磨削力的大小区别的实验,结合普通外圆磨削中切向力和径向力的公式,推导在点磨削的条件下力的表达式,在理论上比较有无变量角度的影响,用测力顶尖测得有无变量角度α时,对磨削力的影响,分析测量得到的磨削力的差别及误差来源。 (5)总结了本文研究所得到的结论,并对下一步研究提出了建议。