陶瓷结合剂金刚石磨盘的制备和磨削工艺探索

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双端面研磨机磨削加工具有磨削效率高,磨削精度高的优良特性,广泛应用于各种精密工件的加工,但由于其磨盘配方的多样性,双端磨削机构的复杂性,使得其相关研究进展缓慢,因此,本课题基于双端面研磨机,对其陶瓷结合剂金刚石磨盘配方及研磨机磨削加工机理进行研究。在陶瓷结合剂金刚石磨盘配方的研究中,由于配方中包含的变量较多,为了避免单一因素调控给研究带来的低效率和误导性,本实验创新性的引入了混料设计的研究方法,同时对配方的7个因素进行探究,考虑其所有的单因素及一阶交互作用,利用Design-Expert软件进行设计及结果分析,建立磨块硬度、磨削效率和磨削损耗的回归模型,计算优化出最优配方,并对模型进行试验验证,进而提供了一种高效率的研究及优化磨块配方的策略。研究表明:陶瓷结合剂含量对磨块硬度、磨削效率及磨耗均有十分显著的影响,随着其含量的增大,硬度呈现出增大的趋势,磨削效率及磨耗呈现出减小的趋势;在以金刚石和刚玉为坐标轴的磨削效率及磨耗回归模型中均出现近似“马鞍面”的形状,即磨削效率及磨耗的试验变化规律在一定程度上具有一致性。在双端面研磨机磨削机理的研究中,通过对磨削时工件与磨盘相对速度及工件所受摩擦力进行推导,得到了以工件位置、上磨盘速度、下磨盘速度和内齿速度为变量的速度及摩擦力参数方程,创新性的运用Geogebra参数化数学建模软件,建立了工件相对于磨盘的磨削轨迹模型、工件所受摩擦力模型、工件表面纹路模型,并通过模拟试验探究了不同变量对不同模型的影响,为双端面研磨机参数调整提供了理论指导。研究表明:工件在载盘上的位置越靠近边缘,磨盘沿径向的消耗分布越均匀,同时工件所受摩擦力也会越大;在磨盘与内齿同向转动条件下,若磨盘转速增加,工件相对于磨盘速度也会增大,而工件与磨盘之间的摩擦力却降低,若内齿速度增加,工件相对于磨盘速度呈现出降低的趋势,另外,磨盘与内齿转速比在小于2/1时易使工件表面出现磨削缺陷(高亮的圆形磨削区域);在磨盘与内齿异向转动条件,若磨盘转速增大,工件相对于磨盘速度也会增大,而对工件与磨盘之间的摩擦力影响不大,若内齿速度增加,工件相对于磨盘速度呈现出增大的趋势,另外,磨盘与内齿转速比在小于2/3时易使工件表面出现磨削缺陷;内齿转速在不同转向情况下对相对速度有着相反的影响,但其增大均会增大工件相对于磨盘的摩擦力,因此,综合来看,低的内齿转速有利于高速磨削,同时能够减少载盘破碎和仪器损坏,利于安全磨削。通过双端面研磨机磨削机理的模型研究,为了对结果进行实验验证,采用了SN比(信噪比)实验设计的方法,首先探索了修整石磨料目数、修整时间和磨削压力对磨削效率的影响,表明低的修整石磨料目数、长的修整时间和大的磨削压力均有利于高效磨削。在此基础上,研究上磨盘转速、下磨盘转速和内齿转速对磨削效率的影响,表明磨盘转速越快,磨削效率高,而内齿转速对磨削效率的影响存在极大值,并通过单因素试验验证了结论的准确性。另外,由于内齿转速影响的特殊性,探究其对工件表面粗糙度的影响变化规律。研究表明:从单一的内齿转速来看,工件上表面和下表面粗糙度在内齿转速增大或减小时呈现出相反的变化趋势。从工件与磨盘的相对速度来看,工件上表面和下表面粗糙度变化规律具有一致性,即工件上下表面粗糙度均随着工件相对于磨盘的速度增加而降低。
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