金属陶瓷和硬质合金材料超高速磨削试验研究

摘要

随着社会生产力的发展，科学技术的进步，金属陶瓷材料和硬质合金材料等硬脆难加工材料在工业领域中得到了广泛的应用，但由于其具有高强度、高硬度、耐磨损等物理特性，使得对硬脆难加工材料的加工存在较大难度。目前，超高速磨削是硬脆难加工材料常用的加工技术，是硬脆难加工材料磨削加工的趋势。本文在涉取前人研究成果的基础上，研究分析了金属陶瓷材料GN20和硬质合金材料PA30超高速磨削过程中的磨削力、磨削仿真温度以及声发射信号，并对声发射监测技术在超高速磨削砂轮钝化监测中的应用进行了有益的探索性研究。
　　本文主要内容如下：
　　(1)介绍了试验用材料金属陶瓷GN20与硬质合金PA30的材料特性以及试验用超高速平面磨床相关情况；采集了超高速磨削过程中金属陶瓷GN20与硬质合金PA30的磨削力：对金属陶瓷GN20超高速磨削温度进行了仿真分析；研究分析了磨削参数的变化对金属陶瓷GN20与硬质合金PA30磨削力、磨削温度值的影响。
　　(2)在金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削声发射试验结果基础上，研究分析了磨削三个参数：工作台速度、砂轮线速度、磨削深度以及工件材料对声发射信号有效值的影响。对声发射信号做了频谱分析，研究分析了金属陶瓷GN20与硬质合金PA30在超高速磨削过程中的声发射信号频率分布范围。研究分析了单颗磨粒切深系数与声发射信号之间的联系。论述了声发射信号小波分析中的小波基选择原则，并选取了一种符合选择原则的小波基；利用小波能量系数的声发射信号特征分析方法，建立了一种基于声发射技术和小波分析的砂轮钝化监测神经网络识别模型。
　　试验研究表明：试验磨削参数与金属陶瓷GN20与硬质合金PA30的磨削力值，磨削仿真温度值以及声发射有效值之间有较好的对应关系。在金属陶瓷GN20与硬质合金PA30声发射试验中，可以利用工作台速度作为研究砂轮钝化的主要操作参数；利用BP神经网络作为砂轮钝化状态识别器，并通过仿真优化确定了神经网络的各种相关参数，经过训练测试后的砂轮钝化非线性关系模型能够比较准确地在线检测砂轮的钝化状态，这为准确确定砂轮的修整周期，降低加工成本，提高表面质量提供了一种可行的方法，具有一定的工程意义。

目录

文摘

英文文摘

附图索引

附表索引

物理量名称及符号表

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 硬脆难加工材料磨削加工研究现状

1.2.1 金属陶瓷磨削加工研究现状

1.2.2 硬质合金磨削加工研究现状

1.3 声发射技术在磨削加工中的应用

1.4 本文主要研究内容

第2章 金属陶瓷与硬质合金材料超高速磨削磨削力和磨削仿真温度研究

2.1 试验材料及其特性

2.2 试验设备与试验条件

2.2.1 试验用超高速平面磨削试验台

2.2.2 超高速磨削试验所用砂轮与砂轮修整

2.2.3 超高速磨削试验所用磨削液

2.3 金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削试验方案

2.4 金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削磨削力试验

2.4.1 超高速磨削磨削力信号测量

2.4.2 磨削参数对金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削力和磨削分力比的影响

2.5 金属陶瓷GN20超高速磨削温度仿真试验

2.5.1 磨削温度场的有限元法

2.5.2 超高速磨削温度仿真相关参数

2.5.3 超高速磨削温度仿真流程

2.5.4 金属陶瓷GN20超高速磨削温度仿真结果

2.6 本章小结

第3章 金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削声发射试验

3.1 磨削声发射技术的理论基础

3.1.1 磨削声发射信号的产生来源及特点

3.1.2 磨削声发射信号的分析方法

3.2 磨削声发射信号采集系统与硬件设备

3.2.1 声发射信号采集系统硬件设备

3.2.2 声发射信号虚拟仪器采集程序

3.3 金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削声发射试验方案

3.3.1 试验方案一

3.3.2 试验方案二

3.4 金属陶瓷GN20与硬质合金PA30超高速磨削声发射试验分析

3.4.1 磨削过程中典型声发射信号

3.4.2 磨削参数的变化对金属陶瓷GN20与硬质合金PA30声发射信号有效值的影响

3.4.3 单颗磨粒切深系数与声发射信号的关系

3.4.4 金属陶瓷材料与硬质合金材料的声发射信号频谱分析

3.5 基于声发射技术和小波分析的砂轮钝化状态识别研究

3.5.1 砂轮钝化程度判别方法

3.5.2 砂轮钝化程度试验主要操作参数的确定

3.5.3 砂轮钝化AE信号小波分析中小波基选取原则

3.5.4 信号分解后各部分能量系数的确定

3.5.5 BP神经网络砂轮钝化状态识别研究

3.6 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录

致谢