專利名稱：一種單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)方法，用于高仿真超高速條件下砂輪上單顆磨粒磨削過(guò)程，屬于研究難加工材料超高速磨削研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)是研究材料磨削機(jī)理，模擬復(fù)雜磨削過(guò)程的重要手段，旨在通過(guò)合理的計(jì)算，設(shè)計(jì)單顆磨粒與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，使得單顆磨粒在工件表面劃過(guò)并形成劃痕，從而研究砂輪上單顆磨粒與工件的相互作用過(guò)程。研究單顆磨粒磨削過(guò)程對(duì)分析磨削過(guò)程中的力、溫度，材料的成屑機(jī)理以及砂輪地貌對(duì)工件加工表面質(zhì)量的影響具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)磨削過(guò)程控制提供依據(jù)。磨削是機(jī)械制造中最重要的加工形式，是通過(guò)砂輪上的磨粒與工件相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)材料去除的。根據(jù)幾何干涉關(guān)系，磨削過(guò)程中砂輪上每顆磨粒所切除的切屑，在其未被切除前被稱為未變形切屑，其形狀如圖I所示。為模擬單顆磨粒去除材料的過(guò)程，由此產(chǎn)生了單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)。上世紀(jì)八十年代Ohbuchi Y.與 Matsuo T.開(kāi)創(chuàng)了單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)的先例，隨后，眾多學(xué)者不斷改進(jìn)其實(shí)驗(yàn)裝置及方法， 目的就是為了獲得與圖I所示相同的磨屑形狀。建立高仿真性的單顆磨粒磨削試驗(yàn)對(duì)于研究切屑變形過(guò)程，單位磨削力，尺寸效應(yīng)，磨粒磨損過(guò)程，磨削比能等磨削領(lǐng)域中的眾多基礎(chǔ)性問(wèn)題都具有重要現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的單顆磨粒磨削的缺點(diǎn)是未能真正模擬單顆磨粒真實(shí)磨削狀態(tài)，只是劃擦實(shí)驗(yàn)，成屑過(guò)程并非理論上“削”的過(guò)程，傳統(tǒng)的單顆磨?；剞D(zhuǎn)式劃擦試驗(yàn)其運(yùn)動(dòng)軌跡所形成的未變形切屑形狀是穹形，對(duì)稱結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，而本發(fā)明的單顆磨粒磨削理論計(jì)算的切屑形狀為楔形，即磨粒在工件表面作用為軌跡是擺線形狀，如圖3所示，其更符合 M. C. Shaw提出的單顆磨粒未變形切屑形狀，即更符合實(shí)際，其有利的證據(jù)是同粒度磨粒，同樣用量條件下，前者其單顆磨粒切屑的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者切屑厚度，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算的單顆磨粒未變形切屑厚度。另外將磨粒抽象為規(guī)則的幾何形狀，不能反映真實(shí)磨粒的多刃性及切削刃形狀復(fù)雜性。此外，傳統(tǒng)單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)都是在低速條件下，對(duì)于超高速條件下尤其是難加工材料(鈦合金、高溫合金，復(fù)合材料等)的單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置與方法卻鮮為人知，超高速磨削技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向與研究前沿，同時(shí)難加工材料的超高速磨削技術(shù)是目前磨削領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，為此，設(shè)計(jì)及完善超高速條件下高仿真性的單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法已成為研究難加工材料超高速磨削工作者所要面臨的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種一種單顆磨粒超高速磨削的實(shí)驗(yàn)方法，解決上述單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)無(wú)法模擬單顆磨粒真實(shí)磨削狀態(tài)，不能反映真實(shí)磨粒的多刃性及切削刃形狀復(fù)雜性。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種單顆磨粒超高速磨削的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于方法如下
I)、裝配好磨輪，根據(jù)試件材料的不同選取不同種類，不同粒度，不同形狀的超硬磨粒，將超硬磨粒固定在磨輪安裝到磨削機(jī)上；2)、試樣制備米用砂平磨試件表面，用石墨砂輪拋光，保證表面粗糙度Ra不大于 O. 4 μ m,便于對(duì)刀；3)、在磨削之前確定單顆磨粒切屑未變形切厚，其范圍為O. 01 10 μ m，設(shè)定磨削深度，磨削深度不能超過(guò)鑲塊上磨粒出露高度的三分之二，設(shè)定磨輪線速度磨輪線速度與實(shí)際超高速磨削線速度相同；4)、啟動(dòng)磨削機(jī)床開(kāi)始首次磨削作業(yè)，控制磨輪在試樣表面以螺旋線軌跡進(jìn)行磨削，在試樣表面形成一定深度的切屑，磨輪返回初始位置；5)、磨削機(jī)床對(duì)試樣進(jìn)行再次磨削作業(yè)，控制磨輪螺旋線軌跡沿第一次磨削路徑行進(jìn)，在行進(jìn)過(guò)程中磨輪沿軸向運(yùn)動(dòng)，在第一磨削切屑基礎(chǔ)上磨出一道偏移的磨削切屑，控制磨削機(jī)軸向進(jìn)給速度以保證兩次螺旋磨削軌跡的螺距小于磨粒粒徑，兩次螺旋線軌跡的角度為大于0°小于5° ；6)、根據(jù)軌跡可知，第二次螺旋線所形成的切屑，其變形前厚度符合所要實(shí)現(xiàn)的單顆磨粒未變形切厚。有益效果本發(fā)明提供的一種單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)方法，能夠更好地模擬超高速砂輪上單顆磨粒磨削過(guò)程，通過(guò)改變?cè)囼?yàn)的磨削用量參數(shù)，可以很方便地獲得不同單顆磨粒切削厚度的磨屑，通過(guò)對(duì)磨屑微觀形貌的觀察研究材料去除機(jī)理，為研究材料成屑過(guò)程提供實(shí)驗(yàn)支持。觀察磨粒磨損狀態(tài)，了解磨粒與工件間摩擦作用機(jī)理；運(yùn)用精密測(cè)力設(shè)備可以獲得單顆磨粒磨削力數(shù)據(jù)，為研究尺寸效應(yīng)，磨削比能提供寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；同時(shí)鑲塊上可排布多排多顆磨粒，進(jìn)行多顆磨粒磨削試驗(yàn)，為難加工材料磨削過(guò)程中的砂輪地貌設(shè)計(jì)與磨削用量?jī)?yōu)化提供可靠依據(jù)。


圖I是本發(fā)明磨削過(guò)程中單顆磨粒未變形切屑形狀示意圖；圖2是傳統(tǒng)單顆磨粒超高速磨削機(jī)磨削工作示意圖；圖3是本發(fā)明單顆磨粒超高速磨削機(jī)磨削工作示意圖；圖4是傳統(tǒng)單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)的切削路徑示意圖；圖5是本發(fā)明單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)的切削路徑示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如圖所示一種單顆磨粒超高速磨削的實(shí)驗(yàn)方法，方法如下I)、裝配好磨輪，根據(jù)試件材料的不同選取不同種類，不同粒度，不同形狀的超硬磨粒，將超硬磨粒固定在磨輪安裝到磨削機(jī)上；2)、試樣制備米用砂平磨試件表面，用石墨砂輪拋光，保證表面粗糙度Ra不大于 O. 4 μ m,便于對(duì)刀；
3)、在磨削之前確定單顆磨粒切屑未變形切厚，其范圍為O. 01 10 μ m，設(shè)定磨削深度，磨削深度不能超過(guò)鑲塊上磨粒出露高度的三分之二，設(shè)定磨輪線速度磨輪線速度與實(shí)際超高速磨削線速度相同；4)、啟動(dòng)磨削機(jī)開(kāi)始首次磨削作業(yè)，控制磨輪在試樣表面以螺旋線軌跡進(jìn)行磨削， 在試樣表面形成一定深度的切屑，磨輪返回初始位置；5)、磨削機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行再次磨削作業(yè)，控制磨輪螺旋線軌跡沿第一次磨削路徑行進(jìn)，在行進(jìn)過(guò)程中磨輪沿軸向運(yùn)動(dòng)，在第一磨削切屑基礎(chǔ)上磨出一道偏移的磨削切屑，控制磨削機(jī)軸向進(jìn)給速度以保證兩次螺旋磨削軌跡的螺距小于磨粒粒徑，兩次螺旋線軌跡的角度為大于0°小于5° ；6)、根據(jù)軌跡可知，第二次螺旋線所形成的切屑，其變形前厚度符合所要實(shí)現(xiàn)的單顆磨粒未變形切厚。單顆磨粒的切削軌跡的理論計(jì)算是本發(fā)明的重點(diǎn)，根據(jù)磨削幾何學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可知磨削過(guò)程中砂輪上一顆磨刃相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為砂輪圓周運(yùn)動(dòng)與工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)二者的復(fù)合運(yùn)動(dòng)所形成的擺線軌跡，如圖4示前一個(gè)磨刃的切削路徑沿工件表面平移的距離AA'等于轉(zhuǎn)過(guò)相鄰切刃間隔時(shí)間內(nèi)的工件平移量S，可用工件進(jìn)給速度Vw乘以兩次連續(xù)切削間隔時(shí)間(L/v)的積，磨粒的單顆磨粒未變形切屑最大厚度可表示為由上式可知，單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)中，上式的λ等于砂輪外圓周長(zhǎng)，如果仍采用實(shí)際的磨削用量參數(shù)，則得到的切屑厚度很大，隨著工件進(jìn)給速度的增大，切屑厚度也隨之增大，直到極限值其為單顆磨粒磨削深度，而且磨屑弧長(zhǎng)較長(zhǎng)，這樣的切屑不符合實(shí)際磨削形成的磨屑，但是本發(fā)明綜合逆向與極限思維考慮，當(dāng)工件以極小的進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成的切屑厚度尺寸則很小，因此經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用合理的進(jìn)給速度可以得到與砂輪磨削的磨屑形狀、厚度相同的切屑。在實(shí)際磨削中，單顆磨粒切厚與磨削深度是兩個(gè)不同的概念。磨削深度相對(duì)于整個(gè)砂輪而言，是指砂輪的徑向進(jìn)給量。而單顆磨粒切厚是指每一個(gè)磨粒去除的單個(gè)磨屑的厚度。兩個(gè)值有各自不同的物理意義與幾何意義。如圖5所示，傳統(tǒng)單顆磨粒劃擦試驗(yàn)，磨粒切除的磨屑最大厚度等于砂輪的磨削深度，磨屑長(zhǎng)度是磨削弧長(zhǎng)的2倍。而在實(shí)際的砂輪磨削過(guò)程中，相比于磨削深度，單顆磨粒的切削厚度很小，一般比磨削深度小兩至三個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)磨屑長(zhǎng)度也小于兩倍磨削弧長(zhǎng)，因此單顆磨粒的劃擦實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于放大了實(shí)際磨粒所受的載荷。在如此大的載荷作用下， 磨粒在磨削時(shí)產(chǎn)生的力、溫度、以及材料的去除機(jī)理都可能與實(shí)際的砂輪磨削相背離。因此，在進(jìn)行單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了使獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)論更加接近實(shí)際，就必須保證單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)中磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡符合砂輪磨削時(shí)磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，這也是本課題的創(chuàng)新所在。假設(shè)單顆磨粒在工件表面劃過(guò)兩次，并且形成了兩道劃痕，s為兩道劃痕的間距， 且s = vwt(2-3)式中，t為磨粒旋轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間
權(quán)利要求
1.一種單顆磨粒超高速磨削的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于方法如下1)、裝配好磨輪，根據(jù)試件材料的不同選取不同種類，不同粒度，不同形狀的超硬磨粒， 將超硬磨粒固定在磨輪安裝到磨削機(jī)上；2)、試樣制備采用砂平磨試件表面，用石墨砂輪拋光，保證表面粗糙度Ra不大于O.4// ,便于對(duì)刀；3)、在磨削之前確定單顆磨粒切屑未變形切厚，其范圍為O.OflO// ，設(shè)定磨削深度， 磨削深度不能超過(guò)鑲塊上磨粒出露高度的三分之二，設(shè)定磨輪線速度磨輪線速度與實(shí)際超高速磨削線速度相同；4)、啟動(dòng)磨削機(jī)床開(kāi)始首次磨削作業(yè)，控制磨輪在試樣表面以螺旋線軌跡進(jìn)行磨削，在試樣表面形成一定深度的切屑，磨輪返回初始位置；5)、磨削機(jī)床對(duì)試樣進(jìn)行再次磨削作業(yè)，控制磨輪螺旋線軌跡沿第一次磨削路徑行進(jìn)， 在行進(jìn)過(guò)程中磨輪沿軸向運(yùn)動(dòng)，在第一磨削切屑基礎(chǔ)上磨出一道偏移的磨削切屑，控制磨削機(jī)軸向進(jìn)給速度以保證兩次螺旋磨削軌跡的螺距小于磨粒粒徑，兩次螺旋線軌跡的角度為大于0°小于5° ；6)、根據(jù)軌跡可知，第二次螺旋線所形成的切屑，其變形前厚度符合所要實(shí)現(xiàn)的單顆磨粒未變形切厚。
全文摘要
本發(fā)明涉及單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)方法，用于高仿真超高速條件下砂輪上單顆磨粒磨削過(guò)程，屬于研究難加工材料超高速磨削研究領(lǐng)域。方法包括裝配實(shí)驗(yàn)裝置，制備試樣，控制磨輪走向，判斷試樣等，本發(fā)明提供的一種單顆磨粒超高速磨削實(shí)驗(yàn)方法，能夠更好地模擬超高速砂輪上單顆磨粒磨削過(guò)程，通過(guò)改變?cè)囼?yàn)的磨削用量參數(shù)，可以很方便地獲得不同單顆磨粒切削厚度的磨屑，通過(guò)對(duì)磨屑微觀形貌的觀察研究材料去除機(jī)理，為研究材料成屑過(guò)程提供實(shí)驗(yàn)支持。
文檔編號(hào)G01N3/56GK102590000SQ20121003899
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者丁文鋒, 傅玉燦, 徐九華, 徐鴻鈞, 田霖 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)