软固结磨粒群宏观力学特性对材料去除的影响研究

针对软固结磨粒气压砂轮不同成分组成的粘磨层(粘结剂与磨粒混合层)影响模具激光强化表面材料去除的问题,对不同目数磨粒与粘结剂百分比的粘磨层在单轴压缩载荷下的宏观力学特性展开了分析,提出了将离散元方法 PFC3D模拟技术应用于软固结气压砂轮光整加工领域,利用该软件建立了软固结磨粒群模型,建立了其与材料去除之间的联系。最后,通过Instron-5966l拉伸试验机进行了压缩实验,验证了仿真准确性;并针对激光强化模具表面进行了光整试验。研究结果表明,磨粒目数及粘结剂百分比不同的粘磨层对模具激光强化表面将产生不同的材料去除。     

软固结磨粒群内部磨粒拓扑结构对材料去除的影响

针对软固结磨粒气压砂轮光整加工新方法,研究气压砂轮软固结磨粒群的内部磨粒拓扑结构对被加工材料去除率的影响规律。建立气压砂轮材料去除机理模型,分析软固结磨粒群在单压缩载荷下内部细观组构参量及力链网络的演化过程,研究了软固结磨粒群的宏观力学特征与细观结构演化之间的关系,数值模拟了具有不同拓扑结构的磨粒层与工件接触区域内的应力分布规律。将软固结磨粒气压砂轮用于激光强化自由曲面光整加工实验,得到了磨粒目数及体积配比对材料去除量及表面粗糙度的影响规律,试验结果表明,软固结磨粒气压砂轮可用于激光强化表面的光整加工并获得良好的加工效果。     

非一致曲率表面下的气压砂轮磨粒剪胀及加工试验研究#br#

针对软固结磨粒气压砂轮在加工异形曲面时,工件所受的切削力以及接触区内磨粒速度因工件曲率发生变化,导致工件不同曲率处材料去除量不均匀的问题, 基于修正的Rowe剪胀理论建立砂轮切削力模型,提出了非一致曲率表面下修正的气压砂轮材料去除模型。通过EDEM软件建立了软固结磨粒气压砂轮模型,分析了砂轮下压量为1.5 mm时工件曲率对接触力以及接触区内磨粒速度的影响。搭建气压砂轮加工试验平台,通过光整加工试验验证修正的材料去除模型。研究结果表明：修正的材料去除模型平均绝对值误差为0.095,而原始的材料去除模型平均绝对值误差为0.291,说明修正的材料去除模型可以用于气压砂轮抛光过程中的定量分析,且工件加工表面划痕明显减少。     

非一致曲率表面下的气压砂轮磨粒剪胀及加工试验研究

针对软固结磨粒气压砂轮在加工异形曲面时,工件所受的切削力以及接触区内磨粒速度因工件曲率发生变化,导致工件不同曲率处材料去除量不均匀的问题,基于修正的Rowe剪胀理论建立砂轮切削力模型,提出了非一致曲率表面下修正的气压砂轮材料去除模型。通过EDEM软件建立了软固结磨粒气压砂轮模型,分析了砂轮下压量为1.5 mm时工件曲率对接触力以及接触区内磨粒速度的影响。搭建气压砂轮加工试验平台,通过光整加工试验验证修正的材料去除模型。研究结果表明:修正的材料去除模型平均绝对值误差为0.095,而原始的材料去除模型平均绝对值误差为0.291,说明修正的材料去除模型可以用于气压砂轮抛光过程中的定量分析,且工件加工表面划痕明显减少。     

软固结气压砂轮磨粒磨损研究

为解决自由曲面高效光整加工的问题,将软固结气压砂轮光整技术应用到模具加工中。软固结磨粒群在磨削时能受到柔性支撑,其磨削特性既不同于砂带,也不同于游离磨粒,然而气压砂轮有效加工的时间很短,磨损情况较为严重。针对这一情况,开展了软固结磨粒群磨粒的磨损过程及磨损机理分析,通过实验分别对气压砂轮自转速度ω、气压砂轮下压量d以及磨粒种类等与气压砂轮磨粒磨损之间的关系进行了研究和评价,并对不同种类磨粒的磨损表面进行了观测。研究结果表明:软固结磨粒磨损可以分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和严重磨损阶段;磨粒的磨损随着气压砂轮自转速度ω和下压量d的增大而变得严重,但是当气压砂轮自转速度ω增加到某一定的值时,磨粒的磨损反而会下降。     

基于G-W模型的软固结磨粒群接触力分析研究

针对激光强化模具自由曲面的光整加工问题,对软固结磨粒群气压砂轮与模具表面接触力、下压量进行了研究,对砂轮接触模具表面时的磨粒姿态进行了分析,提出了一种基于G-W接触模型构建了软固结磨粒群接触力模型。利用ANSYS WORKBENCH对不同的下压量进行了仿真分析,得到了相应接触力的分布情况,验证了接触力模型的有效性。通过气压砂轮光整实验平台,利用Kistler 9129AA切削力测试仪对不同下压量的接触力进行了测试。研究结果表明,基于G-W的软固结磨粒群接触力模型能够用于计算气压砂轮与模具表面的接触力,接触力与下压量的成类线性关系,且线性关系良好。     

软固结磨粒气压砂轮的力学分析

建立了一种应用于高硬度、高耐磨性自由曲面光整的新型软固结磨粒气压砂轮模型。首先,根据材料特性确定了该模型的三种材料,并计算了两相模型的弹性模量,研究了强度极限;其次,对各层应力分布进行仿真分析,研究各层厚度对应力的影响;最后,将制作出的软固结磨粒气压砂轮用于抛光实验,得到一系列加工结果。仿真结果表明:双弹性体厚度值与应力值成反比,磨粒层厚度值与应力值成正比;对模型进行优化,磨粒层受力明显增大,即抛光作用力显著增大,力传递效果较好,且最佳黏结层厚度为0.5mm。实验结果表明:黏结层厚度为0.5mm时,加工效果最佳。     

基于DEM的软固结气压砂轮粘磨层劲度模量虚拟实验研究

为解决软固结气压砂轮不同成分组成的粘磨层(粘结剂与磨粒混合层)性能参数需经实验一一测量获得的问题,将离散元方法(DEM)应用于软固结气压砂轮光整加工领域中,采用离散元软件PFC2D建立了粘磨层模型,以圆形颗粒模拟磨粒和粘结剂,从微观角度开展了对粘磨层的力学性能的分析,提出了对粘磨层模型进行数值模拟双轴实验测量其劲度模量的方法,建立了磨粒粒度和粘磨层劲度模量之间的关系,根据测量结果与实验结果的相近程度对其可行性进行了评价,进行了粘磨层直接拉伸实验。实验及研究结果表明,仿真结果与实验结果误差在10%以内,验证了离散元方法(DEM)在该领域应用的可行性,同时该结果为利用离散元软件PFC3D软件进一步模拟软固结气压砂轮光整加工过程奠定了基础。     

激光强化模具过渡区的气压砂轮压力控制光整试验

为了实现局部激光熔覆强化自由曲面模具的软固结气压砂轮均匀光整加工,以激光熔覆PHNi25WC-60A粉末的自由曲面模具为对象,通过激光熔覆强化试验与硬度测试得到了不同硬度梯度变化曲线,根据激光熔覆强化区模具的气压砂轮光整加工试验结果,且由数值拟合方法得到材料去除率与表面硬度之间的关系与解析表达式,通过软固结磨粒气压砂轮接触压力控制方法的光整加工试验,较好实现了局域强化硬度过渡区柔性气压砂轮光整加工材料均匀化去除,说明了接触力控制方法在针对局部激光熔覆强化自由曲面模具的气压砂轮光整中的可行性和必要性。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理研究

基于磨粒特征尺寸与砂轮、工件间液膜厚度比值的变化,研究了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工材料去除机理。分析了在两体加工及三体加工模式条件下,单颗磨粒运动特点以及磨粒由两体研磨加工向三体抛光加工转变的临界条件。实验证明,砂轮约束磨粒喷射光整加工中,随着加工循环的增加,工件表面微观形貌变化规律与理论分析相同,实验结果和理论分析吻合很好。     

磨料有序排布电镀砂轮的制备及其把持力研究

为解决电镀砂轮磨削加工中容屑空间不足的问题，采用点胶微粘接的方法制备了磨料有序排布的电镀砂轮，分析了磨料粘接效果和镀层力学性能。通过SEM分析了磨料/镀层/导电胶的结合界面，并进行了干磨削试验。研究结果表明，直径约为磨料粒径40%的胶点可粘接住磨料，单个胶点上粘接多颗磨料的占比小于6%；双脉冲电镀工艺制备的镀层显微硬度大于500HV，表层残余应力小于100MPa，磨料/镀层/导电胶之间的界面贴合紧密，无明显缺陷；砂轮在磨削时没有出现磨料脱落现象。     

一种基于气压悬浮磨料池光整加工方法的研究

针对复杂曲面难加工零件,提出一种基于气压悬浮磨料池光整加工方法:采用气压悬浮磨料的混合方式,工件表面与流态化磨料产生相对运动速度,从而使固体颗粒与工件表面发生微观二体磨料磨损.通过对磨粒进行动力分析以及气固二相流加工机理分析,揭示了磨料池内部气体和磨料混合及扩散规律.利用光整加工实验确定了光整加工过程中最佳的主轴转速和...     

Improved solutions for job shop scheduling problems through genetic algorithm with a different method of schedule deduction

This paper details the studies on the use of single mesh size garnet abrasives in abrasive waterjet machining for cutting aluminum. The influence of three different single mesh size abrasives, pressure, traverse rate, and abrasive flow rate; on depth of cut, top kerf width, bottom kerf width, kerf taper, and surface roughness are investigated. Experiments designed using standard L9 orthogonal array and the analysis of variance helped in the determination of highly significant, significant and weakly significant cutting parameters. Single mesh size abrasives are found to yield decreased surface roughness than multi mesh size abrasives. Based on these studies, response equations are developed to predict the target parameters. Using single mesh abrasives, a practitioner not only can cut faster but also achieve reduced surface roughness.     

A study on the use of single mesh size abrasives in abrasive waterjet machining

This paper details the studies on the use of single mesh size garnet abrasives in abrasive waterjet machining for cutting aluminum. The influence of three different single mesh size abrasives, pressure, traverse rate, and abrasive flow rate; on depth of cut, top kerf width, bottom kerf width, kerf taper, and surface roughness are investigated. Experiments designed using standard L9 orthogonal array and the analysis of variance helped in the determination of highly significant, significant and weakly significant cutting parameters. Single mesh size abrasives are found to yield decreased surface roughness than multi mesh size abrasives. Based on these studies, response equations are developed to predict the target parameters. Using single mesh abrasives, a practitioner not only can cut faster but also achieve reduced surface roughness.     

蓝宝石晶体双面研磨加工的实验研究

为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工,对蓝宝石晶体的双面研磨加工表面粗糙度、研磨均匀性和亚表面损伤层的深度进行试验研究。采用280#碳化硼磨粒双面研磨(0001)面蓝宝石晶体,首先考察了研磨时间对材料去除速率、表面粗糙度的作用规律,根据蓝宝石晶体切割表面状态确定了双面研磨的加工余量,接着,通过WYKO粗糙度仪从微观上分析了蓝宝石晶体表面的研磨均匀性,最后应用纳米压入测试分析了亚表面损伤层的深度。实验结果表明：蓝宝石晶体经过120分钟的双面研磨加工后可以获得Ra0.523μm,Rt<6.0μm的表面,亚表面损伤层小于1μm。     

Development and Polishing Process of a Mobile Robot Finishing Large Mold Surface

□ A novel self-determination polishing robot finishing large mold free-form surface is developed, and the finishing process method is researched. Contrary to traditional approaches, our premise is that a large mold surface can be polished by using a small robot. This robot system is mainly composed of a polishing robot part, a computer system and a visual positioning system. A type of robot with four uniform distribution wheels was designed, which has two driving wheels and two driven wheels. Active compliant control of the polishing tool was provided by a pneumatic servo system, and a new special compliant abrasive tool was proposed on the basis of robot characteristics. The process planning steps consisted of subdividing the free-form surface, choosing an abrasive tool, planning the polishing path and optimizing machining parameters. Based on the orthogonal experiment and the grey relational analysis method, the optimal parameter combination was obtained for polishing force, tool speed and feed rate. Aiming to polishing times, the surface roughness method and polishing efficiency method were studied in detail. The polishing experiments were carried out in the robot using process parameters obtained by the efficiency method. These research results provided significant theory foundation and experimental data for a mobile robot planning polishing to realize intelligible process parameter selection.     

硅晶片化学机械抛光材料去除机制与模型

通过分析软质层的形成、作用以及纳米磨料的自身变形对材料去除的影响，改进了CMP过程的接触力学模型；分析了纳米磨料自身变形量对磨料嵌入硅晶片基体材料的深度的影响，以及纳米磨料硬度对抛光表面粗糙度的影响。结果表明：软质层的存在增加了单个纳米磨料所去除材料的体积，且对基体材料有保护作用，减小了纳米磨料嵌入基体材料的深度；纳米磨料的自身变形抵消了纳米磨料嵌入基体材料的切削深度，从而也决定了抛光表面的粗糙度；纳米磨料的自身变形量与纳米磨料的硬度有关，硬度低的纳米磨料自身变形量大，因而切削深度小，抛光后表面的粗糙度值低。     

软固结磨粒群剪胀效应及材料去除特性分析

针对软固结磨粒群气压砂轮复杂曲面精密加工问题,提出了一种软固结磨粒群剪胀分析模型,并以微观视角为切入点研究气压砂轮软固结磨粒群的微观剪胀效应对被加工件材料去除特性的影响规律。基于磨粒群剪胀效应分析,建立了孔隙率与黏结磨粒系统阻尼系数的数学模型,结合孔隙比与平均应力的关系,推导了磨粒群作用接触面的应力方程,建立了发软固结磨粒群材料去除模型。通过PFC3D仿真和力传感器测力设备验证了剪胀效应对接触力的影响规律。光整加工试验结果表明,可根据剪胀效应的规律来提高黏结剂阻尼系数从而提高曲面模具材料的去除效果,相同加工时间内,阻尼系数提高约5.0×105,材料去除量累计提高近31.91%,曲面模具的粗糙度降低近32.34%,工件划痕明显减少。