快速点磨削机理及其相关技术的基础研究

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1、东北大学博士学位论文快速点磨削机理及其相关技术的基础研究姓名：修世超申请学位级别：博士专业：机械制造及其自动化指导教师：蔡光起;巩亚东20060701东北大学博士学位-Ve文摘耍快速点磨削机理及其相关技术的基础研究摘要快速点磨削技术(Quick—pointGrinding)是集CBN超硬磨料、CNC技术和超高速外圆磨削等先进技术于一身的高效率、高柔性磨削加工工艺。目前虽然已在国外汽车、机床及工具制造业中取得应用，但仍处于起步发展阶段，特别是对其磨削机理、磨削质量控制等方面的研究及相关技术信息鲜见报道

2、。我国少数汽车制造企业针对特定零件的加工也全套引进了这一工艺及设备，但由于不掌握其核心技术及理论，不能进行工艺开发，应用范围有限。因此该项新工艺的许多关键技术及理论、新的应用领域有待于进一步开发和研究。快速点磨削采用薄层(4～6mm)超硬磨料砂轮和90～160m／s的砂轮速度，由坐标联动实现表面成形运动。由于存在点磨削变量角度，砂轮与回转形工件表面形成理论上的点接触，磨削机理、砂轮磨损特性等与常规磨削方式有很大区别。因此常规外圆磨削模型已不再适用于快速点磨削过程。要深入研究其磨削机理，必须建立新的接

3、触层模型与参数。点磨削变量角度将显著影响磨削区形状、面积和方位，因而也将影响磨削力、磨削热、工件表面完整性及砂轮磨损特性等。在极高的应变率下，接触层材料的动态强度和去除机理将发生转变。由于磨削温度低，散热性能好，通过优化磨削液供给系统参数和磨削参数，可实现少、无磨削液的绿色加工。本文对快速点磨削机理及相关技术进行了较系统的理论和实验研究，取得了若干有价值的研究成果。总结全文，本论文的主要工作包括以下几个方面：(1)系统论述了高速／超高速磨削技术及其发展现状，重点论述和分析了快速点磨削的工艺特征、关键

4、技术和国内外发展现状，阐述了本课题的背景及意义。(2)提出了快速点磨削存在两个磨削区域，即侧边接触区和周边接触区，并分析了在加工过程中分别所起的作用；建立了逆磨和顺磨两种方式下侧边和周边接触区及点磨削过渡区的几何模型；根据磨削几何学与运动学原理，分别建立了侧边和周边接触区砂轮和工件的等效直径、有效切深、动态接触弧长、未变形切削厚度、。平均切屑断面积和比磨除率等磨削参数的理论模型。(3)在已建立的周边接触区模型基础上，提出并建立了点磨削周边理论一兀一东北大学博士学位论文摘要接触宽度的数学模型和周边实际

5、接触宽度计算准则，分析了周边接触宽度在工件母线方向分量对表面粗糙度的影响机理。深入研究了加工表面的塑性隆起变形对表面粗糙度和去除率的影响，提出并建立了计及工件表面塑性隆起变形和点磨削变量角度的快速点磨削表面粗糙度的理论计算模型，并进行了数值仿真实验研究。(4)完成了快速点磨削微观表面几何特性的磨削加工实验研究。研究点磨削接触区几何参数和磨削用量对工件微观表面几何创成过程和表面粗糙度数值的影响规律；得出了点磨削变量角度、磨削用量等参数影响表面粗糙度数值的若干结论；实验结果表明，本文所建立的快速点磨削表

6、面粗糙度的理论模型与实验结果基本吻合，并有相同的变化趋势，理论计算模型能够很好地预测和计算工件表面粗糙度数值。(5)基于损伤力学和冲击动力学原理，建立了超速冲击载荷条件下的材料变形层动态微损伤模型和动态强度模型。提出了快速点磨削过程由高应变率引起的材料变形层的动态微损伤属于广义的微损伤，即损伤变量D耦合了冲击剥裂损伤(微裂纹、微孔洞)和绝热剪切损伤对变形层动态强度的影响。通过高韧性材料和脆性材料的应变率效应的理’沦研究和实验验证，深入研究了超速冲击条件下材料去除机制的转变机理和临界条件。根据变形层动

7、态微损伤所产生的应变率弱化效应，快速点磨削可改善高韧性和脆性等难磨材料的加工性能，提出了应用快速点磨削技术加工脆、韧性难磨材料的理论和实验研究的重要意义。(6)分析讨论了快速点磨削的绿色加工性能、超薄砂轮高速空气带和磨削液射流特性。根据流体动力学理论，基于绿色制造对快速点磨削的磨削液供给参数进行优化设计，开展面向绿色制造的少、无磨削液的快速点磨削基础研究，并设计和研制了快速点磨削实验机床的磨削液供给系统。(7)总结了论文工作，并提出了探索性的建议关键词：快速点磨削；高速／超高速磨削；接触区；磨削机理

8、；应变率；表面粗糙度一IⅡ一东北大学博士学位论文ABSTRACTBasicStudyonMechanismandCorrelativeTechnologiesofQuick-pointGrindingAbstractQuick—pointgrindingisanewtypeofgrindingtechnologythathasintegratedhighandsuper—highspeedgrinding，superabrasivewheelandCNCtechnol