微尺度磨削機理及相關基礎問題的研究.pdf

1、在各種機械加工工藝中，磨削被公認為能夠產生最好的表面質量和最小的尺寸公差，一般作為機械加工的最后一道工序，用于生成零件的工作表面。鑒于磨削加工能夠獲得良好的表面質量，將磨削工藝引入到微尺度加工中，出現了微尺度磨削這一新的微制造方法。其很好的解決了現有微機械加工方法產生相對較差表面質量的問題。微尺度磨削主要是指使用刀頭直徑小于1mm的微型微磨具，多為圓柱型，磨粒尺寸在幾微米到幾十微米，用其對材料直接進行去除加工，形成所需形貌，或對其他加工

2、工藝已經加工的表面進行光整加工，達到工藝要求。
　　通過計算機利用有限元分析軟件可以預測磨削過程及相應參量變化，是輔助試驗研究的一種有效手段，尤其試驗條件有限情況下，有限元仿真起著重要的作用。本文采用了仿真與試驗相結合的研究手段，以微尺度磨削為研究載體，討論了微小磨具制備工藝、微磨削力熱特性、微磨削表面質量及微磨具的磨損等幾個方面的內容，具體研究內容如下：
　　(1)采用不同工藝方法進行微磨具的制備，分析微磨具的尺寸特性和表

3、面形貌與磨粒分布情況。從理論上探討了微尺度磨削的加工機理，研究微磨削過程中的切削軌跡與切屑形態(tài)，最大未變形切屑厚度，工件的彈性恢復等對加工過程的影響。對微磨具進行靜力學分析，保證微磨具的裝夾穩(wěn)定性。
　　(2)根據傳統(tǒng)磨削力理論模型，推導單磨粒微磨削力數學模型以及微磨削力的經驗公式，通過試驗結果與理論結果的對比，確定模型的科學性與有效性。分析工件移動速度、磨削深度、微磨具切削線速度對微磨削力大小的影響變化規(guī)律。
　　(3)建

4、立單磨粒的微磨削傳熱模型，利用ABAQUS軟件對微磨削溫度場進行有限元分析，得到不同磨削參數對微磨削溫度的影響規(guī)律。通過試驗，實際測量微磨削表面溫度及表面下不同深度位置的溫度，找出溫度分布沿工件表面和垂直工件表面方向的變化規(guī)律。
　　(4)建立微磨削表面粗糙度的數學模型，通過對硬脆材料的微磨削試驗，研究不同磨削因素對工件加工表面粗糙度和三維表面形貌的影響。通過分析加工后表面粗糙度和表面形貌的變化規(guī)律，找出影響加工質量的主要因素。通

5、過對金屬材料的微磨削試驗，得到表面粗糙度隨磨削參數變化規(guī)律以及在不同加工條件對工件表面質量的影響規(guī)律。利用試驗結果對提出的數學模型進行驗證。
　　(5)本文分析了電鍍金剛石微磨具的磨損機理，針對微磨削區(qū)的復合作用過程與微磨具磨損形式的主要特征進行了幾何與數學建模。通過考慮最小切屑厚度與尺寸效應等因素后提出并建立了微磨具磨粒微觀磨損的數學模型。針對鈉鈣玻璃材料進行了不同磨削參數下的微磨削試驗，分析微磨具磨損前后的磨頭直徑、磨損與破碎