金属结合剂金刚石成形砂轮电解修整阴极设计的研究

摘要

光学玻璃、陶瓷、半导体及人工晶体等高性能硬脆材料具有复杂型面的零件在航空航天、光学、电子、汽车及军用武器装备等领域有着重要的应用,而且要求零件具备较高的表面精度和较低的粗糙度值.采用金属结合剂金刚石成形砂轮在线电解磨削可以实现硬脆材料复杂型面零件的精密、超精密加工,并能极大地提高加工效率.其中,金刚石砂轮修整阴极的形状精度和尺寸精度决定成形砂轮的精度,进而影响复杂型面零件的表面精度和粗糙度,所以,开展金属结合剂金刚石成形砂轮的电解修整的阴极设计,对于复杂型面零件的超精密磨削加工就有着重要的意义.该文首先对电解修整过程中阴、阳极两极间隙区域的电场分布进行分析,建立电场分布的数学模型,推导用cosθ法和有限元法进行阴极设计的方法和过程,并提出一种采用ANSYS软件验证设计结果正确性和准确性的验证思想.分别采用cosθ法和有限元法对汽车发动机摇臂陶瓷镶块成形磨削砂轮电解修整阴极进行设计,经对比分析及验证可知,有限元法比cosθ法的设计精度更高,因此,对于以去除余量为主且精度要求不高的陶瓷镶块加工,可以采用cosθ法进行阴极设计修整成形砂轮.对于陶瓷镶块的精密加工过程中,成形砂轮修整精度要求较高的情况下,采用有限元法设计的阴极更为精确,加工的镶块更为精密.论文基于电解修整过程中间隙电场分布的数学模型,分析了成形砂轮廓形曲率、修整电压、电解液的电导率、电流密度及电流效率等修整参数对设计阴极形状的影响,以便设计出更准确、更精确的阴极形状,达到精密、高效修整成形砂轮的目的.最后,该文采用复杂型面零件的电解加工实验来模拟阴极设计实验,研究结果表明:采用有限元法设计的阳极形状与实验结果测得的阳极形状基本吻合,从而说明了采用有限元方法设计成形砂轮的电解修整阴极形状是可行的、准确的.采用有限元方法对成形砂轮的电解修整阴极进行设计,不仅更能确切地反映电场分布对成形规律的影响,使计算的收敛性得到改善,使计算结果更为精密,而且提供了一种计算机辅助阴极设计方法,为复杂型面零件的精密、超精密磨削加工和精密电解加工开辟了更为广阔的应用前景.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2金属结合剂金刚石砂轮的修整技术及研究现状

1.2.1电火花修整法

1.2.2杯形修整法

1.2.3软弹性修整法

1.2.4激光修整法

1.2.5电解修整法

1.2.6其它修整法

1.3目前尚存在的问题及进一步研究的内容

1.4课题研究的目的和意义

1.5本课题研究的主要内容

第二章阴极设计的原理与方法

2.1引言

2.2电解修整过程中的电场分布模型

2.3 cosθ法阴极设计

2.3.1 cosθ法原理与作法

2.3.2 cosθ法的计算方法

2.4有限元法阴极设计

2.4.1有限元法的基本思想

2.4.2场域剖分、分片插值与基函数

2.4.3有限元方程的求解与边界条件的处理

2.4.4等位线的绘制

2.5设计阴极形状的验证

2.5.1验证方法

2.5.2用ANSYS验证设计阴极形状

2.6本章小结

第三章摇臂陶瓷镶块成形磨削砂轮的电解修整阴极设计

3.1引言

3.2用Matlab编程实现阴极设计

3.2.1 cosθ法设计结果

3.2.2有限元法设计过程及结果

3.3有限元法与cosθ法设计阴极形状的对比

3.4用ANSYS软件验证设计阴极

3.5本章小结

第四章修整参数对阴极设计形状的影响

4.1引言

4.2砂轮形状对设计阴极形状的影响

4.3修整电压对设计阴极的影响

4.4电解液的电导率对设计阴极形状的影响

4.5电流效率对设计阴极的影响

4.6电流密度对设计阴极的影响

4.7其它影响参数

4.8本章小结

第五章电解修整阴极设计的实验研究

5.1引言

5.2设计阴极的实验思想及方法

5.3影响阳极表面形状精度的因素

5.3.1加工间隙对加工精度的影响

5.3.2电场对加工精度的影响

5.3.3电解液对加工精度的影响

5.3.4流场、压力场和温度场对加工精度的影响

5.4检测及数据处理方法

5.5实验条件

5.6实验结果与讨论

5.6.1实验工艺参数、数据处理及验证

5.6.2实验结论

5.6.3影响实验结果误差的分析

5.7本章小结

第六章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢