预应力砂带磨削表面数值模拟及实验研究

摘要

砂带磨削是一种新兴的机械加工方式，因其冷态、弹性磨削的特质，使得加工后的工件表面质量优良，并且能够形成一定的残余压应力状态。然而，针对一些高性能构件（如航发整体叶盘、叶片等），传统的砂带磨削仍难以获得理想的加工表面完整性。长期的研究和实践表明，采用预应力加工方法能够在工件表面形成合适的残余压应力状态，有利于提高其疲劳寿命，已在许多加工领域中得到广泛应用，因此，本文以Ti-6Al-4V钛合金为研究对象，以工件表面残余应力和表面形貌为主要研究内容，综合砂带磨削与预应力加工方法的优势，以期达到改善工件表面完整性的目的。但是，目前对预应力砂带磨削的研究尚处于初步探索阶段，深入有效地对其进行研究对推动高性能构件精密加工具有十分重要的意义。
　　计算机仿真技术能有效地反映加工中的参量变化，并能够对加工过程和结果进行合理的预测，是一种重要的辅助分析手段。为此本文针对预应力砂带磨削，采用仿真与实验相结合的手段，开展以下研究工作：
　　采用单颗磨粒对预应力砂带磨削进行切削过程和残余应力形成的理论分析，以Abaqus有限元仿真为平台，模拟预应力对工件表面残余应力的影响。
　　基于数值信号处理技术，对砂带表面形貌进行仿真模拟与分析，为后续工件表面形貌的创成奠定基础。
　　建立以磨粒运动轨迹为基础元素，砂带磨削弹性接触和预应力为特征因子的工件表面形貌创成模型，获得磨削工艺参数与工件表面粗糙度的对应关系。
　　开展钛合金预应力砂带磨削实验，结合表面形貌三维评价标准，得到预应力对砂带磨削工件表面完整性的影响规律，验证仿真结果的准确性，该研究结果对后续预应力砂带磨削研究具有重要意义。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 预应力砂带磨削加工技术概述

1.3 磨削表面形貌创成模拟研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

2 预应力砂带磨削磨粒切削机理及残余应力研究

2.1 引言

2.2 砂带磨削的磨粒切削机理

2.3 预应力砂带磨削加工原理及表面残余应力的形成

2.4 预应力砂带磨削残余应力的有限元仿真与分析

2.5 本章小结

3 基于数值信号处理的砂带表面形貌仿真与分析

3.1 引言

3.2 砂带表面形貌数据采样

3.3 采样砂带数据处理

3.4 砂带表面形貌分布特征的确定

3.5 砂带表面形貌的生成

3.6 本章小结

4 预应力砂带磨削工件表面形貌创成数值模拟

4.1 引言

4.2 磨削运动学模型的建立

4.3 预应力砂带磨削过程分析及算法实现

4.4 预应力砂带磨削表面形貌仿真结果与分析

4.5 本章小结

5 预应力砂带磨削实验及工件表面形貌评价

5.1 引言

5.2 预应力砂带磨削实验设计

5.3 预应力砂带磨削表面完整性分析

5.4 预应力砂带磨削三维表面形貌评价

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文与申请专利目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录