圆弧成形磨削是难加工零件复杂型面的加工方法,对其磨削力的研究有利于改善工程陶瓷的表面质量。基于圆弧砂轮的结构特点及尺寸趋近思想对陶瓷材料圆弧成形磨削力进行预测。通过研究磨粒对工程陶瓷的去除机制,提出建立单颗磨粒滑擦、塑性及脆性去除磨削力模型。基于砂轮磨粒尺寸与分布差异,利用概率统计方法对磨削中不同去除方式的有效磨粒数进行探讨,进而实现圆弧成形磨削力理论模型的构建。最后通过磨削力实验对理论模型进行验证。结果表明:法向磨削力和切向磨削力理论值与实验值平均误差分别为8.793%和9.986%;磨削力随着磨削深度及进给速度的增加而增加,随着砂轮速度的增加而减小。

镍基高温合金磨削过程中磨削力是影响表面质量的重要参量。为构建磨削力有限元仿真预测模型,基于电镀磨头实际表面形貌,通过调用分布函数的方法,建立磨粒高度随机且整体服从二维高斯分布磨头整体模型,进行磨削过程有限元仿真与磨削力试验验证。结果表明:磨头整体模型具有真实磨头的随机特性,优势在于充分考虑多磨粒相互作用的磨削特性;磨削仿真过程中可观察到划擦、耕犁、切屑成形3个典型阶段,高度还原实际磨削过程;磨削力试验与仿真的单位宽度切向与法向磨削力在不同参数下变化趋势相同,平均误差分别为8.2%和8.6%。仿真模型对镍基高温合金磨削力有很好的预测效果。

通过对氧化锆陶瓷开展磨削试验,探究磨削力对表面质量的影响。分析测量数据、观察表面形貌,得到工艺参数对磨削力的影响规律以及磨削力对粗糙度的影响。结果表明:法向、切向磨削力随进给速度和磨削深度的增加而增加,随砂轮转速的增加而减小;当磨削力变大时,粗糙度也随之增大,去除方式由塑性去除向以凹坑、断裂为主要特征的脆性去除发生转变;当磨削深度超过25μm时,材料表面易出现切屑粘连现象,磨削力在15~40 N之间,材料的表面质量较好。

研究金刚石砂轮对HIPSN陶瓷平面磨削过程中,不同工艺参数对磨削力的影响。通过正交实验,在干/湿磨两种条件下研究砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削力的影响。在其他参数不变的条件下,湿磨时的法向磨削力大于干磨时的法向磨削力,湿磨时的切向磨削力小于干磨时的切向磨削力。湿磨时的磨削力比大于干磨时的磨削力比,湿磨时的比磨削能小于干磨时的比磨削能。在一定条件下,干磨时的磨削力更有助于高精度表面质量的形成,为绿色加工和生产实践提供了一定的指导意义。

残余应力作为衡量磨削质量的关键指标之一,显著影响零件的表面完整性与使用性能。借助有限元软件ABAQUS,建立热力耦合仿真模型,研究不同磨削参数下表面层温度和应力分布,获得残余应力分布情况。结果表明,表面层深度方向上存在较大的温度与应力梯度,影响深度不超过1mm。随着表面层深度增加,残余拉应力逐渐减小,呈现低压应力状态,并趋于0。以45钢为试验材料,制作了嵌入热电偶的测试工装。利用切削力测量系统和热电偶测温技术,测量获得磨削力与磨削温度分布,从而验证了有限元仿真结果的可靠性。

对于模具成型曲面的圆弧包络磨削,曲面磨削力是研究曲面磨削特性、砂轮磨削状态及寿命的重要参数。为解决曲率和磨削力动态变化引起的磨削力难以准确采集及分析的问题,文章首先搭建了三轴曲面磨削力采集系统,明确了三向压电测力仪测得的Fx,Fy,和Fz与磨削分力之间的关系,分析了各磨削条件及曲率对磨削力时域特性的影响。结合工件表面粗糙度、磨削力比及砂轮磨损,可用磨削合力来监控磨削状态及砂轮寿命。针对该实验中的磨削条件,磨削力比2.44可作为圆弧砂轮寿命的判断依据。

微细磨削技术能够实现硬脆材料复杂结构微小零件的高精高效低成本加工.通过深入分析微细磨削机理,考虑刃角圆弧半径的影响,建立了圆锥、球形、三棱锥、四棱锥等4种单颗磨粒切削力模型;采用VHX-1000超景深光学显微镜对Φ0.5mm、#600微磨棒表面磨粒形状进行观测分析并统计,建立了基于单一磨粒模型和基于综合磨粒模型的微细磨削力模型;在ZCuZn38上进行微细磨削试验,对比研究了微细磨削力理论计算结果与试验结果,并基于理论模型讨论了微细磨削力随工艺参数的变化规律.结果表明,单一磨粒模型微细磨削力与综合磨粒模型微细磨削力均能预测不同工艺条件下的微细磨削力,但综合模型微细磨削力的误差最小;不同磨粒模型计算得出的法向磨削力较为一致,但切向磨削力差异较大.

大型齿圈成形磨削时不同的磨削余量会影响磨削力及磨削热的大小,从而引起不同的磨削变形,合理的余量分配对于保证齿圈加工质量意义重大。基于磨削接触区域模型、磨削力模型和磨削移动热源理论,分析了齿圈成形磨削在热力耦合作用下的变形预测仿真流程,建立了磨齿余量分配模型。以某大型齿圈为研究对象,以变形控制为目标,对不同磨齿余量进行了磨削变形仿真,得到了较优的余量分配值。研究方法对提高齿圈成形磨削加工精度具有一定的借鉴意义。

以某机电耦合的宝石加工专用装备的夹具针杆为例，建立了宝石加工过程中磨削力的计算公式和夹具针杆的载荷模型，采用有限元法进行受力分析，得出夹具针杆的支撑点对针杆的挠度影响，通过选取适当的支撑点位置来控制宝石加工装备的加工精度，为提高宝石加工专用装备的精度提供了一种有效的方法。

对陶瓷磨削时临界磨削深度和临界磨削力模型进行了改进,得到二者的理论值,并以氟金云母陶瓷的有限元仿真研究为基础,通过分析不同磨削深度和磨削速度对工件磨削表面形貌、磨削力及磨削力比产生的影响,得到氟金云母陶瓷磨削延脆转变的临界磨削深度、临界磨削速度及临界磨削力。