砂轮约束磨料喷射外圆磨削加工机理的研究

摘要

本文提出一种在外圆磨床上进行的磨粒喷射精密光整加工新方法。该方法是在磨削后停止砂轮切入进给，将磨削液与磨料混合液注入磨削区，借助砂轮旋转和楔形区挤压流体的压力场、速度场使微细磨粒获得能量，实现对工件进行有边界约束的微去除加工。研究表明，该加工方法既保持或获得高的表面形状精度，又可以高效地获得具有粗糙度Ra0.15～0.6μm的无缺陷加工表面，实现高效、高精度、低粗糙度，并且普通磨削和高速研磨可以集成的表面精密光整加工。本文对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工机理及表面特性进行了系统的理论和实验研究，取得了若干有价值的研究成果。总结全文，本论文的工作包括如下几个方面： (1)阐述了光整加工技术在机械制造中的作用，光整加工技术的分类、特点和发展方向，重点论述了游离磨粒精密光整加工技术的性能特点和国内外在磨料喷射精密光整加工方面的发展状况，论述了本课题的背景及意义。 (2)阐述了这种创新的磨料喷射加工与普通外圆磨削一体化加工方式的工作原理，并且建立了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工中砂轮．工件楔形磨削区流体动压力场的三维数学模型并进行有限元仿真分析，研究了砂轮约束楔形区流体动压力、速度的分布规律及其影响因素。 (3)研究了外圆磨削砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理，即：两体研磨加工，三体抛光加工，磨粒喷射加工，磨粒流体剪切加工以及化学机械加工等加工模式的集成。分析了在两体加工及三体加工模式条件下，单颗磨粒运动特点以及磨粒由两体研磨加工向三体抛光加工转变的临界条件。以及其他几种存在的辅助加工方式的工作原理、加工条件。 (4)利用外圆磨床MB1332A进行了磨粒喷射精密光整加工实验，实验结果验证了依据机理所建立的材料去除模型，发现实验结果和模型很好的吻合。并且通过实验结果验证磨料喷射加工后的工件与普通外圆磨削的工件在表面粗糙度、表面形貌特性上的区别，并以此为实验依据验证加工工艺改进的可行性。 (5)总结了论文工作，并提出了探索性的建议。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1光整加工技术在机械制造中的重要作用

1.2光整加工技术分类、主要目的、加工特点

1.2.1光整加工的技术分类

1.2.2光整加工的主要目的

1.2.3零件表面光整加工的主要特点

1.3光整加工技术发展方向

1.4精密光整加工方法

1.4.1固结磨粒加工

1.4.2游离磨粒加工

1.5精密光整加工存在的主要问题

1.6微细磨粒喷射光整加工技术的发展及研究现状

1.6.1微细磨粒喷射光整加工技术的研究现状

1.6.2微细磨粒喷射光整加工发展趋势

1.7课题研究的背景及意义

第二章砂轮-工件楔形接触区磨料流体动压力场建模与仿真

2.1砂轮约束磨料喷射流体动压力场数学模型

2.1.1引言

2.1.2流体膜厚方程

2.1.3外圆磨削时流体动压力场的Navier-Stokes方程

2.1.4磨料介质的剪切应力

2.2磨料喷射加工的主要影响参数

2.3砂轮约束磨料喷射楔形工作区的有限元仿真分析

2.3.1平面磨削时砂轮约束楔形工作区模型仿真

2.3.2外圆磨削时砂轮约束楔形工作区模型仿真

2.4本章小结

第三章砂轮约束磨料喷射精密光整加工材料去除机理研究

3.1引言

3.2材料去除机理分析

3.2.1工艺实现

3.2.2两体高速研磨加工

3.2.3滚动磨粒的三体抛光加工

3.2.4磨粒冲击去除材料

3.2.5磨粒剪切去除材料

3.3两体研磨与三体抛光加工模式磨粒运动特点分析

3.3.1磨粒形状特征描述

3.3.2两体高速研磨加工磨粒运动特点分析

3.3.3三体抛光加工磨粒运动特点分析

3.3.4两体高速研磨向三体抛光加工转变的临界条件

3.4单颗磨粒的材料去除模型

3.4.1两体高速研磨加工单颗磨粒材料去除模型

3.4.2三体抛光加工单颗磨粒材料去除模型

3.4.3单颗磨粒喷射加工材料去除模型

3.4.4流体动压力剪切去除材料模型

3.5本章小结

第四章外圆磨削砂轮约束磨料喷射实验及其结果分析

4.1引言

4.2实验方案

4.2.1实验目的

4.2.2实验的主要参数及其选择范围

4.2.3加工工件的选择

4.2.4实验装置的选择

4.3实验结果与讨论

4.3.1零件表面几何特征的评价

4.3.2评定基准和参数

4.3.3表面粗糙度评定参数

4.3.4表面波纹度评定参数

4.3.5表面微观形貌分析

4.4本章小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢