磨粒叶序排布的电镀CBN砂轮磨削温度场研究

摘要

磨削加工在机械加工中占有重要的地位，常用于精密、超精密加工。随着制造业技术的飞速发展，传统的磨削已经不能满足当前加工要求。传统磨削砂轮表面磨粒多呈无规则排列，容易导致砂轮阻塞，产生磨削烧伤，降低加工质量，缩短砂轮寿命。相关研究表明有序化砂轮磨削效果在各方面都优于传统的无序砂轮，但是对于砂轮表面磨粒的排布没有更深入的研究，本文将植物学中的叶序理论应用于砂轮的磨粒排布，并成功制备多个不同叶序系数的磨粒叶序排布电镀CBN砂轮，通过仿真研究不同磨削条件以及叶序系数下工件的温度分布。
　　本文首先根据叶序理论设计了磨粒叶序排布的砂轮模型，根据设计的模型制造砂轮。对电镀砂轮中的关键步骤曝光和上砂进行了研究。曝光时，光的强度、掩膜与光源距离、曝光时间等都影响曝光效果，通过大量实验，确定了最佳的曝光方案。采用落砂法对砂轮圆柱面进行分段上砂，虽然耗时长，但是可以保证上砂率。通过电镀实验，成功制备磨粒把持强度高、分布规律的高质量电镀砂轮。
　　其次，通过分析叶序排布理论和磨削温度的产生机理，建立叶序系数与磨削温度的关系。已有研究表明影响柱面叶序排布的关键因素为叶序角和叶序系数，叶序角决定了磨粒的排布方式，确定为137.508°，而叶序系数决定了磨粒的数量。通过数值分析得出叶序系数与显著斜列线对的对应关系，可以确定其中四颗磨粒的位置，对四颗磨粒进行干涉分析，得出磨削有效率，进而求得磨削力。通过matlab分析切平面内相邻两颗磨粒的切削位置关系，确定接触弧长与叶序系数之间的关系。将磨削力与接触弧长的计算结果用于磨削温度场的计算。
　　最后，利用有限元分析软件ANSYS进行磨削温度场的仿真，将砂轮前进过程离散化，施加移动热源，得出工件的温度场分布图。对不同的磨削条件进行仿真，并分析产生变化的原因，通过观察不同的叶序系数下的温度场，可以调节叶序系数，避免磨削烧伤，提高加工质量和砂轮寿命。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究概况、水平和发展趋势

1．2．1 国内外砂轮有序化排布发展现状

1．2．2 磨削温度理论研究的现状与进展

1．2．3 磨削温度测量技术

1．3 课题来源及意义

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题的意义

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第2章 磨粒叶序排布砂轮制造工艺

2．1 叶序排布掩膜的制备

2．1．1 光刻技术制备掩膜原理

2．1．2 掩膜材料的性能要求

2．1．3 不同参数对曝光效果的影响

2．1．4 掩膜制备工艺流程

2．2 电镀液及磨料选择

2．2．1 电镀原理

2．2．2 电镀液成分及电镀工艺参数对镀层质量的影响

2．2．3 磨料选择

2．3 电镀砂轮工艺流程

2．3．1 电镀前处理

2．3．2 电镀砂轮制造设备

2．3．3 电镀上砂方法

2．3．3 电镀工艺过程

2．4 本章小结

第3章 磨粒叶序排布砂轮磨削温度场的理论分析

3．1 植物叶序的概念

3．2 磨粒排布

3．3 叶序斜列线对数

3．3．1 斜列线数m的确定

3．3．2 斜列线数n的确定

3．3．3 显著斜列线对数的确定

3．4 单颗磨粒切削的有效率

3．5 接触弧长的几何分析

3．6 磨削温度的计算

3．7 本章小结

第4章 磨削区温度场的仿真

4．1 有限元分析的方法及原理

4．1．1 有限元分析简介

4．1．2 有限元分析的基本步骤

4．1．3 ANSYS热分析

4．2 磨削温度场有限元模型的建立

4．2．1 几何模型的建立

4．2．2 材料特性参数

4．2．3 确定单元类型及网格划分

4．2．3 移动热源的加载

4．3 仿真结果后处理

4．4 不同参数对磨削温度场的影响

4．4．1 工件速度对磨削温度场的影响

4．4．2 砂轮转速对磨削温度场的影响

4．4．3 切深对磨削温度场的影响

4．4．4 叶序系数对磨削温度场的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢