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西安交通大学学报 2021年第6期55卷 141-149页

作者：乔泽龙韩炬董威华北理工大学机械工程学院河北唐山063210

针对现有机械加工面三维形貌模型不能有效反映曲面宏观与微观综合特征以及在接触、润滑等分析时计算收敛性差等问题,提出了一种计算收敛性较好的曲面三维形貌模型。基于微分几何理论,采用矢量函数表征曲面的轮廓尺寸以及曲率等宏观特征... 详细信息

针对现有机械加工面三维形貌模型不能有效反映曲面宏观与微观综合特征以及在接触、润滑等分析时计算收敛性差等问题,提出了一种计算收敛性较好的曲面三维形貌模型。基于微分几何理论,采用矢量函数表征曲面的轮廓尺寸以及曲率等宏观特征;基于分形理论,采用Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数表征微凸体高度与分布以及纹理方向等微观特征,将矢量函数与W-M函数叠加,构建了曲面的三维形貌模型。为解决计算收敛性问题,通过滤波对粗糙表面进行平滑处理,在保留原有表面形貌特征前提下获得了连续可导粗糙表面,通过弹流润滑分析进行对比可知,滤波后的模型计算收敛性提升明显。应用Matlab对构建的三维粗糙面进行仿真,验证了模型对粗糙曲面形貌的有效表征能力。为检验模型的应用性,以RV减速器中的关键零件摆线轮为例,构建了摆线轮轮齿的齿面模型,模型能完整反映摆线轮轮齿的宏观轮廓与微观形貌,将得到的摆线轮齿形貌模型应用到混合润滑分析中,得到的分析结果与采用试验采集的粗糙面的分析结果一致,关键参数误差不高于3%,但计算时间大幅缩短,计算效率提升55.7%。调整粗糙曲面模型参数,可以快速得到不同的粗糙面参与相关的分析对比,能为机械结合面的宏观轮廓与表面形貌的优化设计提供依据。

关键词：分形理论微分几何理论 W-M函数矢量函数三维形貌模型

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TiBw网状增强钛基复合材料超声振动磨削表面粗糙度研究

TiBw网状增强钛基复合材料超声振动磨削表面粗糙度研究

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作者：王磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钛基复合材料有着高比强度、高比模量、高断裂韧性、低热膨胀系数、耐老化性,同时具有良好的高温性能,在航空航天等领域有着广泛的应用前景。拥有良好性能的同时该材料也将钛合金导热系数低、弹性模量低、高温化学活性大、与其他金属材... 详细信息

钛基复合材料有着高比强度、高比模量、高断裂韧性、低热膨胀系数、耐老化性,同时具有良好的高温性能,在航空航天等领域有着广泛的应用前景。拥有良好性能的同时该材料也将钛合金导热系数低、弹性模量低、高温化学活性大、与其他金属材料摩擦系数大等特点以及Ti C、Ti B等增强相颗粒或晶须高硬度的特点结合起来。这使材料可加工性能差,阻碍了材料的应用。超声振动磨削技术将普通磨削与超声振动结合起来,改变了材料的去除过程,具有减少刀具磨损、减小磨削力、改善加工表面质量等优势。开展超声振动磨削钛基复合材料的研究对于扩大钛基复合材料的应用范围具有重要意义。Ti Bw网状增强钛基复合材料是钛基复合材料的一种,其由TA15钛合金基体和Ti B晶须网状增强相组成,本文针对这种材料开展超声振动磨削研究。为研究超声振动磨削后的材料表面三维形貌,建立了砂轮表面磨粒分布模型并以超声振动磨削的磨粒运动学模型为基础,建立了超声振动磨削过程的磨粒切削轨迹方程。设计搜索—替换方法建立了超声振动磨削三维形貌模型,通过分析Ti Bw网状增强钛基复合材料磨削表面的晶须分布特点建立了加工表面高度修正矩阵,得到了超声振动磨削Ti Bw网状增强钛基复合材料的三维形貌预测模型,并用实验验证了模型能较好地预测加工表面的形貌。磨削力是衡量加工过程的重要因素。以超声振动磨削单磨粒切削力为切入点,建立了单磨粒超声振动磨削Ti Bw网状增强钛基复合材料的法向磨削力模型,考虑多磨粒共同作用得到了超声振动磨削的法向力模型。考虑加工参数对模型的影响,通过超声振动磨削正交实验完善了法向磨削力模型。通过单因素实验验证了磨削力模型,为加工过程稳定性的判断以及选择合理的加工参数提供了参考。通过对比普通磨削表面与超声振动磨削表面,发现利用超声振动磨削能够在保证表面粗糙度变化不大的情况下提高Ti Bw网状钛基复合材料加工过程的稳定性。通过单因素超声振动磨削实验获得了超声振动磨削钛基复合材料表面粗糙度随加工参数的变化特点,发现表面粗糙度随加工参数的改变而上下波动。对超声振动磨削过程中磨粒的振动与切削参数关系进行了分析,解释了加工过程中表面粗糙度变化的原因。对加工表面典型特征进行了分析,为超声振动磨削Ti Bw网状增强钛基复合材料工艺参数的选择提供了参考。

关键词：超声振动磨削三维形貌模型表面粗糙度钛基复合材料

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