針對傳統(tǒng)砂輪磨削時出現(xiàn)容屑空間小、潤滑冷卻性能差、砂輪容易堵塞、裂紋等問題。受到植物葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)啟迪,借鑒其分級、流動性和散熱特征;將仿生學中葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)引入到砂輪枝構(gòu)化設計中。進一步開展了砂輪表面葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的設計,通過激光燒蝕使得葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)均勻分布在砂輪表面。這對為砂輪表面枝構(gòu)化設計提供一種嶄新的方法和提高金剛石砂輪的磨削性能具有重大意義。本文首先根據(jù)葉脈分形網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)特點,提取了自然界中植物葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中特征參數(shù),闡明了葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的演變規(guī)則。基于葉脈分形參數(shù)（寬度比、長度比和葉脈密度）構(gòu)建了砂輪表面多級葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型。再利用相似性理論,對多級葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與表面枝構(gòu)化砂輪進行了相似性分析。通過結(jié)合湖南省的網(wǎng)狀脈植物分布情況,選取了香樟樹葉片上葉脈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為仿生對象;采集了處于成熟期（LL）、成長期（ML）和幼小期（SL）的葉片上葉脈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為實驗樣本,提取了和測量了樣本中主脈、側(cè)脈、細脈的長與寬;確定了三種不同類型葉脈的寬度比和長度比;最終設計了三種不同類型的仿生金剛石砂輪。其次,闡明了金剛石砂輪表面枝構(gòu)化原理,搭建了激光器、旋轉(zhuǎn)夾緊裝置為... 

【文章來源】：湖南理工學院湖南省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

砂輪結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)類型那怎么才能設計出表面結(jié)構(gòu)化的仿生結(jié)構(gòu)模型？師法自然、探索大自然中類

湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論3陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪表面加工出宏觀結(jié)構(gòu)化的盲孔（直徑500μm，孔深5mm），其激光去除面積是整個砂輪表面20%，如圖1-2所示，宏觀結(jié)構(gòu)化的盲孔不僅能夠大量儲存大量磨削液，在磨削過程中可以將這些磨削液運送到磨削區(qū)實現(xiàn)冷卻與潤滑，利用這些宏觀結(jié)構(gòu)化的砂輪磨削時，法向磨削力和徑向磨削力分別降低39%和49%，降低了工件表面熱影響區(qū)域。但是單一結(jié)構(gòu)化會在磨削過程中帶來磨削顫振將對工件表面質(zhì)量造成嚴重的影響。圖1-2砂輪表面宏觀結(jié)構(gòu)化的盲孔2017年，張曉紅教授[12,13]等提出了激光燒蝕的方法在金剛石砂輪表面加工寬度為1.2mm的6種不同類型宏觀溝槽結(jié)構(gòu)，其中兩種宏觀溝槽的超景深顯微鏡圖如1-3所示，通過實驗發(fā)現(xiàn)磨削力下降了24.5%。宏觀溝槽結(jié)構(gòu)不僅能夠有效聚集并將冷卻液輸送到磨削區(qū)實現(xiàn)冷卻與潤滑，并且能夠大幅度地增加磨削加工效率。但是在單一的尺度下結(jié)構(gòu)化區(qū)域內(nèi)的磨屑和破碎的磨粒無法及時排出從而對磨削加工表面質(zhì)量造成嚴重影響。圖1-3砂輪表面宏觀結(jié)構(gòu)化類型Walter[14,15]等利用了脈沖激光燒蝕的方法在CBN砂輪表面加工出螺旋型、交叉螺旋型、網(wǎng)狀及V型等6種不同類型尺寸為120-140μm的微觀溝槽結(jié)構(gòu)（如圖1-4所示），研究結(jié)果表明，不同類型微觀溝槽所表現(xiàn)出來的磨削性能是截然

湖南理工學院碩士學位論文第1章緒論4不同的，和非結(jié)構(gòu)化砂輪相比，V型微觀溝槽結(jié)構(gòu)化的實際接觸面積僅為傳統(tǒng)砂輪的63%，磨削力最大下降54%，改善砂輪的潤滑冷卻條件，提高難加工材料磨削質(zhì)量。但是也發(fā)現(xiàn)V型微觀溝槽陣列結(jié)構(gòu)無法確保冷卻液在磨削區(qū)與工件表面的持續(xù)接觸，從而造成磨削表面粗糙度反而略有增大，如圖1-5所示。圖1-4CBN砂輪表面微觀結(jié)構(gòu)化圖1-5CBN砂輪表面微觀結(jié)構(gòu)化和未結(jié)構(gòu)化的磨削力及粗糙度對比趙清亮教授[16,17]等采用脈沖納秒激光對大磨粒電鍍金剛石砂輪表面燒蝕出寬度為10-15μm、間距為30-150μm的微觀溝槽，如圖1-6所示，利用此種微觀結(jié)構(gòu)化砂輪對BK7光學玻璃進行了磨削實驗，并探究了BK7光學玻璃表面粗糙度和亞表面損傷，通過實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，和傳統(tǒng)金剛石砂輪相比，表面粗糙度略為增大，工件亞表面損傷有了較大的降低，與傳統(tǒng)金剛石砂輪相比降低40%，如圖1-7所示。圖1-6激光微觀結(jié)構(gòu)化電鍍砂輪的原理圖及形貌

【參考文獻】：
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