冠型軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪接觸應(yīng)力分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、激光強(qiáng)化技術(shù)可大幅提高模具表面的硬度和耐磨性，因而在模具制造業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了改善半球型氣壓砂輪光整加工過程中接觸應(yīng)力分布不均勻而導(dǎo)致的激光強(qiáng)化模具表面光整效率低、面形精度難以控制等問題。
　　本文結(jié)合現(xiàn)有直徑40mm的半球型軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的研究，通過仿真及實(shí)驗(yàn)對(duì)比獲得一種高效高精度的冠型軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪，并分析了更大尺寸結(jié)構(gòu)的冠型砂輪在光整中的接觸應(yīng)力分布特性，從而實(shí)現(xiàn)汽車大型覆蓋件模具激光強(qiáng)化表面的高效精密光

2、整加工。具體研究內(nèi)容如下:
　　1)通過氣壓砂輪的非線性特性分析，確定氣壓砂輪的本構(gòu)模型采用麥克斯韋模型，為氣壓砂輪仿真模型的建立提供理論依據(jù)。通過光整加工約束條件的分析對(duì)冠型氣壓砂輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用氣壓砂輪接觸力學(xué)性能測(cè)試對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步優(yōu)化。
　　2)通過氣壓砂輪動(dòng)態(tài)接觸過程中柔性變形的分析，建立了砂輪旋轉(zhuǎn)變化下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式，用于描述砂輪加工應(yīng)力變化的動(dòng)態(tài)過程。研究分析得出氣壓砂輪的層間結(jié)合滿足完全連續(xù)界面的

3、條件，為氣壓砂輪仿真模型的簡化提供理論支撐。通過氣壓砂輪與工件接觸區(qū)域速度場(chǎng)分析得到:接觸區(qū)內(nèi)各點(diǎn)切向線速度呈非線性遞增趨勢(shì)，因而需要接觸應(yīng)力分布沿接觸半徑增大的方向均勻遞減，以獲得均勻一致的材料去除率。
　　3)通過仿真對(duì)比冠型與已有的半球型砂輪模型，獲得球面半徑R25與R30的冠型砂輪接觸區(qū)域應(yīng)力分布近似呈圓形且數(shù)值均勻呈高斯型分布，有效克服了半球型砂輪接觸中心區(qū)域應(yīng)力缺陷的現(xiàn)象;進(jìn)一步通過材料去除率的分析對(duì)比優(yōu)選出R25冠型

4、砂輪。將優(yōu)選出的冠型砂輪結(jié)構(gòu)尺寸成倍擴(kuò)大后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得出:隨著砂輪尺寸的擴(kuò)大，接觸應(yīng)力分布的區(qū)域范圍均勻遞增，從而有效增大光整加工面積。
　　4)對(duì)比半球型與冠型砂輪在不同壓縮量下的光整試驗(yàn)效果，通過測(cè)量試驗(yàn)后模具表面的形貌和粗糙度值，說明采用冠型軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪可以針對(duì)激光強(qiáng)化自由曲率模具達(dá)到材料均勻去除的目的，同時(shí)可有效提高光整效率與砂輪使用壽命，從而驗(yàn)證仿真結(jié)果。進(jìn)一步對(duì)比成倍擴(kuò)大后的冠型砂輪光整試驗(yàn)效果，不僅驗(yàn)證得出擴(kuò)