面向激光强化模具光整的复合气压砂轮性能研究

作     者：厉志安 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：计时鸣;金明生

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：气压砂轮 高效光整 短纤维增强 模量预测 抗撕裂 接触特性 

摘      要：激光强化技术广泛应用于自由曲面模具的加工制造,并大幅提高了模具的硬度、耐磨性和使用寿命,但同时也大幅增加了激光强化模具光整加工的难度,因此提高激光强化模具在光整加工阶段的效率具有极其重要的现实意义。 针对以上技术难题,结合现有的软固结磨粒气压砂轮光整加工技术,本文主要研究利用芳纶浆粕增强气压砂轮基体来提高激光强化模具光整加工效率的方法,同时还改善了气压砂轮基体的抗撕裂性能,本文的主要工作和成果如下： 1.分析了短纤维增强橡胶基复合材料的预处理方法、混炼与分散工艺以及短纤维的取向控制等工艺,为软固结磨粒气压砂轮成型工艺技术提供了理论支撑。通过研究短纤维在橡胶基体中的应力传递原理,推导了随机取向短纤维增强橡胶基复合材料的模量预测方法,为短纤维增强橡胶基复合材料的力学性能试验奠定了理论基础。 2.通过对比分析确定了芳纶浆粕增强丁苯橡胶作为气压砂轮基体相,设计了芳纶浆粕增强气压砂轮基体的制备方法。对邵氏硬度为40HA、60HA、80HA的含不等量芳纶浆粕的标准试样进行了拉伸试验,验证了模量预测方法的可行性与准确性,并针对气压砂轮基体的撕裂现象进行了裤型试样的撕裂试验,验证了抗撕裂性能能得到有效提高。 3.利用ANSYS有限元软件仿真分析了气压砂轮基体的振动模态特性、静态接触特性与气压砂轮光整过程中的滚动接触特性,得到了芳纶浆粕添加含量为0%、2.5%、3.3%、5%的气压砂轮基体的各阶频率、静态接触时的仿形能力,分析了滚动接触中芳纶浆粕对M型接触应力曲线的影响,为面向激光强化模具气压砂轮高效光整试验研究提供仿真依据。 4.通过软固结磨粒气压砂轮与游离态磨粒气囊光整的对比试验,从加工后模具的表面粗糙度和材料去除量两方面验证了软固结气压砂轮在初期光整阶段的高效性。通过不同芳纶浆粕含量的软固结磨粒气压砂轮光整加工对比试验,获得了材料去除率与短纤维的含量之间的关系,并验证了添加芳纶浆粕能够有效增加气压砂轮基体的使用寿命。 本文的研究成果为短纤维增强气压砂轮进行光整加工的应用奠定了理论基础,并为面向激光强化模具高效光整的气压砂轮加工方法提供了实际指导意义。