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弹性基体软固结磨料磨具的材料去除机理

中国表面工程 2024年第1期37卷 192-204页

作者：王家庆郭磊刘天罡郭万金吕景祥靳淇超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 中天引控科技股份有限公司西安710010

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软... 详细信息

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软固结磨料磨具,利用有限元仿真分析方法研究弹性基体软固结磨粒的受力状态,结合接触力学与运动学分析建立考虑单颗磨粒磨损行为与有效磨粒数量的材料去除模型,通过石英玻璃试件的弹性磨抛加工试验验证预测模型的准确性。结果表明:石英玻璃试件的材料去除率随着磨抛压力、主轴转速、磨具偏角的增大而显著增加,而磨料粒径对其影响程度较小;当工艺参数组合为磨料粒径100μm、磨抛压力7 N、主轴转速1500 r/min、磨具偏角20°时,经60 min磨抛后,工件已加工表面粗糙度由1.069μm降至0.089μm,材料去除率为8.893×10^(8)μm^(3)/min;该试验条件下,建立的材料去除模型预测准确度相比Preston经典模型提高36.7%。研究成果可为实现硬脆材料的确定性材料去除提供技术支持和理论依据。

关键词：弹性基体磨具软固结磨料磨削抛光材料去除效率多因素模型

DD5缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能影响研究

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中国机械工程 2024年第8期35卷 1472-1479页

作者：靳淇超包虎子李良万汪文虎张锦淇叶子银郭磊长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 中国航发西安航空发动机有限公司西安710021 西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072

为研究DD5镍基单晶高温合金缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能的影响规律及机理,设计实验并进行了试件磨削与疲劳性能测试。结果表明:表面粗糙度的增大引起应力集中加剧,导致疲劳性能降低,不同磨削工艺下表面粗糙度由0.347μm增大到... 详细信息

为研究DD5镍基单晶高温合金缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能的影响规律及机理,设计实验并进行了试件磨削与疲劳性能测试。结果表明:表面粗糙度的增大引起应力集中加剧,导致疲劳性能降低,不同磨削工艺下表面粗糙度由0.347μm增大到0.687μm,其疲劳寿命由5.51×10^(5)降至3.38×10^(5),下降率约38.66%;表面粗糙度小于0.4μm时表面硬化可提高试件疲劳寿命,表面粗糙度超过0.4μm时表面硬化对疲劳性能的影响不显著;形貌测试结果表明,随着表面粗糙度的提高,磨削表面耕犁产生的沟壑数量和深度均增大,疲劳载荷作用下磨削表面裂纹源数量增加、应力集中加剧,从而导致疲劳寿命降低。较小的表面粗糙度与较大的表面硬化率均可提高DD5缓进磨削疲劳性能。

关键词： DD5高温合金缓进磨削表面粗糙度表面硬化率疲劳性能断裂机理

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新型GH4198高温合金车削加工性研究

航空工程进展 2024年

作者：靳淇超张锦淇谭海兵李福林付锐郭磊长安大学工程机械学院中国航发四川燃气涡轮研究院材料工艺室北京钢研高纳科技股份有限公司

新型GH4198镍基高温合金为高性能航空发动机热端部件的关键材料，其车削加工性对表面质量和服役性能具有重要影响。基于单因素方法开展车削实验并研究车削参数对车削力、车削温度和表面粗糙度的影响规律。结果表明：在实验参数范围内，... 详细信息

新型GH4198镍基高温合金为高性能航空发动机热端部件的关键材料，其车削加工性对表面质量和服役性能具有重要影响。基于单因素方法开展车削实验并研究车削参数对车削力、车削温度和表面粗糙度的影响规律。结果表明：在实验参数范围内，车削力与车削温度都随车削参数的增大而不断增大，对车削力影响最大的因素为车削深度，最大车削力达685.2 N；对车削温度影响最大的因素为车削速度，最大车削温度达484.8℃；进给速度对表面粗糙度影响最大，最小表面粗糙度达0.346μm。因此，在粗加工时可选取车削速度v=130 m/min，进给速度f=0.14 mm/r，车削深度ap=0.8 mm以达到高效去除材料的目的，在精加工时可选取车削速度v=90 m/min，进给速度f=0.06 mm/r，车削深度ap=0.3 mm以达到提高表面质量的目的，为新型材料GH4198加工提供理论基础。

关键词： GH4198合金车削参数车削力车削温度表面粗糙度

DD5镍基单晶高温合金缓进磨削表面完整性研究

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西北工业大学学报 2022年第1期40卷 189-198页

作者：靳淇超曹帅帅汪文虎蒋睿嵩郭磊长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064 西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室陕西西安710072 四川大学空天科学与工程学院四川成都610065

为控制单晶涡轮叶片榫齿缓进磨削成形表面质量,通过实验研究缓进磨削工艺参数对DD5镍基单晶高温合金磨削表面完整性的影响规律。实验结果表明,当砂轮线速度在15~30 m/s、工件进给速度在120~210 mm/min、磨削深度在0.1~0.7 mm参数范围内... 详细信息

为控制单晶涡轮叶片榫齿缓进磨削成形表面质量,通过实验研究缓进磨削工艺参数对DD5镍基单晶高温合金磨削表面完整性的影响规律。实验结果表明,当砂轮线速度在15~30 m/s、工件进给速度在120~210 mm/min、磨削深度在0.1~0.7 mm参数范围内,磨削表面垂直磨削方向粗糙度在0.56~0.74μm范围内,沿磨削方向粗糙度约为垂直磨削方向粗糙度的1/5。三维形貌和表面纹理测试结果表明磨削表面存在明显的因磨粒耕犁和划擦而产生的表面凹槽和材料隆起现象,不同工艺参数下磨削表面凹槽和隆起材料的长度和高度有较明显变化;砂轮线速度对沿磨削方向凹槽和隆起长度影响较敏感;磨削深度和工件进给速度对垂直磨削方向的凹槽和隆起轮廓起伏程度敏感。磨削表面出现了不同程度加工硬化,最高达11.6%,最大硬化层深度达到110μm;磨削表面层出现明显塑性变形,γ相沿着磨削方向出现不同程度的滑移变形,立方化的γ′相出现了偏移、扭曲、破碎断裂现象,最大塑性变形层厚度为2.92μm;DD5缓进磨削塑性变形是加工硬化产生主要原因。实验结果对DD5榫齿磨削提供理论指导。

关键词： DD5 单晶高温合金缓进磨削表面完整性

机械CAD/CAM课程基础理论虚拟仿真实验教学系统

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实验室研究与探索 2022年第6期41卷 224-228页

作者：朱斌吴亚东靳淇超长安大学公路养护装备国家工程实验室西安710064

开展虚拟仿真实验教学是实现教育信息化的重要内容。针对机械CAD/CAM基础理论教学中存在的知识点抽象、教学模式单一、缺乏实践、学生不易理解等问题,提出将虚拟仿真技术应用于机械CAD/CAM基础理论的教学方法。利用C#编程语言,在.Net平... 详细信息

开展虚拟仿真实验教学是实现教育信息化的重要内容。针对机械CAD/CAM基础理论教学中存在的知识点抽象、教学模式单一、缺乏实践、学生不易理解等问题,提出将虚拟仿真技术应用于机械CAD/CAM基础理论的教学方法。利用C#编程语言,在.Net平台上设计并开发了CAD/CAM虚拟仿真实验教学系统。该系统支持辅助教学、自主实验和拓展练习3种教学模式。借助该系统,教师可开展可视化辅助教学;学生也可以进行探究式实验和拓展练习,自主测试对基础知识的掌握程度和解决问题的能力。实践表明,该系统有助于学生理解隐藏在CAD/CAM系统背后的基础理论知识,激发学生学习兴趣,提升教学质量。

关键词： CAD/CAM课程实验教学虚拟仿真可视化辅助教学探究式学习

基于弹性基体磨具的3D打印高温合金叶片磨抛试验

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表面技术 2023年第2期52卷 43-54页

作者：郭磊王家庆明子航郭万金马臻靳淇超长安大学工程机械学院西安710064 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119

目的验证弹性基体磨具自适应磨削抛光加工增材制造镍基高温合金叶片的工艺可行性。方法以硅橡胶基体磨具弹性磨抛技术为基础,建立弹性磨具与叶片接触的有限元模型,分析磨具与工件接触区域内应力和材料去除分布。以有限元分析结果为指导... 详细信息

目的验证弹性基体磨具自适应磨削抛光加工增材制造镍基高温合金叶片的工艺可行性。方法以硅橡胶基体磨具弹性磨抛技术为基础,建立弹性磨具与叶片接触的有限元模型,分析磨具与工件接触区域内应力和材料去除分布。以有限元分析结果为指导,研究磨具接触变形和材料去除对轨迹规划的影响,确定合理的轨迹步长和间距,并通过控制工件位姿角的变化,保证在磨抛过程中磨具与工件的接触状态不变。以GH4169镍基合金叶片为加工对象,采用硅橡胶弹性固结磨料磨具在小型四轴加工平台上进行磨抛试验。结果仿真结果表明,弹性磨具与曲面工件之间的接触区域为椭圆形,应力和材料去除分布都由椭圆心到周围逐渐减小;当弹性磨具的压缩量为3 mm时,基于弹性接触有限元分析结果确定的最优轨迹间距为9 mm。试验结果表明,采用自适应磨抛轨迹抛光后,叶片表面无明显划痕和抛光纹理,表面粗糙度Ra由开始的1.846μm降至0.182μm,标准差由0.108μm降至0.026μm,材料去除率为3.432×10^(9)μm^(3)/min。结论硅橡胶弹性固结磨料磨具可用于GH4169镍基合金叶片的超精密磨抛,基于弹性磨具接触区域应力分布及工件位姿变换提出的自适应轨迹规划能够保证叶片磨抛区域表面质量的一致性。

关键词：自适应磨削柔性抛光镍基高温合金轨迹规划表面质量

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弹性基体磨具的磨抛轨迹与表面加工质量研究

表面技术 2022年第12期51卷 255-268页

作者：郭磊明子航靳淇超王家庆李哲熙张新荣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

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... 详细信息

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。

关键词：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

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随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究

金刚石与磨料磨具工程 2022年第3期42卷 275-282页

作者：石兴泰郭磊刘晓辉靳淇超陈瑱贤吕景祥王家庆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

针对超精密磨削加工过程对工件材料去除效率、表面质量、亚表面损伤等指标的复合需求,提出一种基于泰勒多边形设计的随机网格结构固结磨料磨盘(textured-fixed abrasive plate,T-FAP),并以光固化树脂作为结合剂基体材料混合微米级氧化... 详细信息

针对超精密磨削加工过程对工件材料去除效率、表面质量、亚表面损伤等指标的复合需求,提出一种基于泰勒多边形设计的随机网格结构固结磨料磨盘(textured-fixed abrasive plate,T-FAP),并以光固化树脂作为结合剂基体材料混合微米级氧化铝磨料制备磨盘,使用MATLAB图像分析和磨抛轨迹仿真方法研究磨盘磨削过程中表面磨损时变图案特征对其加工性能的影响,并通过铝制工件的平面磨削实验对磨盘磨削过程中的材料去除率及工件表面粗糙度进行分析。实验结果表明:相比传统固结磨料磨盘,采用随机网格结构磨盘加工的工件表面粗糙度为0.84μm,材料去除率为3.21μm/min,能够在保证材料去除率的同时获得较高的表面精度。

关键词：固结磨料磨具平面磨削表面粗糙度材料去除率

基于SPH方法的碳化硅材料单颗磨粒磨削仿真

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组合机床与自动化加工技术 2022年第5期 55-58页

作者：刘瑞虎郭磊刘永胜陈瑱贤靳淇超张静高永昌长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064

为了探究不同磨削参数对碳化硅材料去除机理的影响规律,进而指导碳化硅材料的实际磨削加工。采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,将金刚石磨粒简化为正十二面体,对碳化硅材料在不同磨削速度及磨削深度下进行了三维仿真,通过单一变量法对... 详细信息

为了探究不同磨削参数对碳化硅材料去除机理的影响规律,进而指导碳化硅材料的实际磨削加工。采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,将金刚石磨粒简化为正十二面体,对碳化硅材料在不同磨削速度及磨削深度下进行了三维仿真,通过单一变量法对材料去除率和磨削力进行了分析。结果表明较高的磨削速度和低的磨削深度可以降低残余应力,提高零件的表面质量,在磨削速度小于40 m/s时,磨削深度对材料去除率的影响甚微,在磨削速度较大时,磨削深度的提升能有效提高材料去除率;而在磨削深度小于0.2μm时,磨削速度对磨削力无明显影响;在较大的磨削深度时,磨削力随着磨削速度的增大而显著提升。

关键词： SPH方法单颗磨粒碳化硅磨削仿真