超硬材料多線磨削加工方法研究

發(fā)布時間：2020-09-09 20:21

　　超硬材料因為其具有優(yōu)異的物理化學性能,在信息、采礦、航空、等領域取得了廣泛的應用,但是由于其加工較為困難,長期困擾著生產(chǎn),迫切需要解決硬脆材料的高效加工問題。針對這一問題,本文提出了一種用于超硬材料加工的新方法——多線磨削。多線磨削即是將一股固結磨料的金剛石線在空間組合排布形成線帶,在輔助機構支承下或自身張力的作用下使線帶與被加工件發(fā)生接觸和相對運動,可實現(xiàn)連續(xù)磨削的一種加工方式。該方法增加了硬脆材料加工的手段,為超硬材料加工提供了新理論和新思路。多線磨削具有散熱性好,磨屑不易堵塞刀具、加工效率高、成本低等優(yōu)勢,應用前景廣闊。全文主要研究內(nèi)容如下:結合多線切割和磨削加工研究現(xiàn)狀,設計完成了多線磨削裝置的主要構型,包括磨削系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、壓磨輪、床身等。研究了加工機理,制定了絲線的排線方案和加工工藝過程。并利用ISIGHT集成Creo和ANSYS對壓磨輪幾何尺寸進行拓撲優(yōu)化,最終確定了裝置的關鍵參數(shù)。在砂輪磨削、超硬材料建模等理論基礎上,以工程陶瓷這一典型超硬材料為例,推導了多線磨削加工的磨削力模型。首先總結了硬脆材料的加工特點,根據(jù)磨深和臨界厚度的關系分別建立載荷公式。介紹了了幾種基本參數(shù)建模方法及理論公式,最終得到金剛石線磨削力模型。將金剛石磨粒進行簡化,基于虛擬格子法建立了多磨粒位姿隨機分布的微段金剛石線模型�；贒EFORM-3D仿真分析軟件進行有限元仿真實驗,研究多線磨削加工走絲速度、磨削深度、金剛石線直徑(對應不同粒徑金剛石顆粒)、橫向擺動速度等對磨削力及磨削力比的影響規(guī)律。針對多線磨削機床中的驅動裝置和排線裝置設計了控制系統(tǒng),對差動式張力傳感器、張緊機構、自動排線機構進行選型和構型設計。多線磨削可用于加工平面、臺階軸、簡單曲面等,實現(xiàn)超寬重載加工,為超硬材料加工提供了新思路和新方法,具有廣闊的應用前景。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ174.75
【部分圖文】：

原理圖,超聲加工,換能,示意圖

超聲加工原理如圖1-1 所示，是令給工具頭施加高頻振動，同時在工具頭的振動方向施加一個壓力，端頭振動帶動液體中懸浮顆粒撞擊工件進行加工。越是硬脆材料，受到磨粒連續(xù)撞擊時產(chǎn)生的破壞就越大[10]。因此，對于電火花加工等無法加工的陶瓷、石英晶體、玻璃、半導體等很適合采用超聲波加工。同時超聲波加工精度較高，加工表面無組織改變，也不會有燒傷。此外，在傳統(tǒng)的砂輪磨削、車削、電火花加工中沿著一定方向加入超聲頻率振動，常常能降低表面粗糙度，減少刀具損耗。但是超聲加工范圍小，效率低，多用于鉆孔、銑孔，難以大規(guī)模應用[11]。圖 1-2 電火花加工原理圖Figure 1-2 Schematic diagram of EDM電火花加工 (EDM)[12]原理如圖 1-2 所示，是將金屬絲和工件放到絕緣的工作液中，分別接直流脈沖電源的正負極。兩者之間依靠空氣薄膜絕緣，在電壓作用下薄膜被擊穿產(chǎn)生放電效應，通過懸浮于工作液中高能等離子的刻蝕作用氣化

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