不同材料超声振动磨削的磨削温度实验研究

1、年月第卷第期！航空精密制造技术以不同材料超声振动磨削的磨削温度实验研究王星。赵波（河南理工大学机械与动力工程学院，焦作（）【摘要】本文采用人工热电偶测温方式，对纳米：陶瓷和普通钢进行了普通和超声振动下平面磨削磨削温度的测量。比较了相同磨削参数下超声和普通磨削温度的实验数据。实验结果显示：超声辅助磨削纳米氧化铝陶瓷时陶瓷表面磨削温度比普通磨削时低。但超声辅助磨削钢时其磨削温度与普通磨削情况下差别不大。【关键词】钢；纳米舢：，陶瓷；超声平面磨削；磨削温度【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（），（画昏，）【删】删，打饥够“甜鲥【】；舢；扣；前言超声振动磨削加工兴起于上世纪年代，它其博士论文中的

2、试验数据说明在普通磨削工艺上叠加一个高频的纵向振动，在技术上是有意义的】。山东大学任升峰对件作超声振动的磨削加工特性进行了试验及理论分析从件振动的等效硬度特性角度分析了磨削力比降低的原因。丁仕燕对：，陶瓷进行蠕动进给普通磨削和超声磨削对比试验，考察了磨削参数对表面粗糙度和实际切深的影响，并考察了工件表面质量。河南理工大学赵波教授对超声振动磨削进行了长期的研究通过多次试验系统分析了超声振动磨削的高效去除机理，磨削特性和表面质量删。可以有效提高难加工材料的加工效率。在生产中的应用日趋广泛。介于超声振动磨削工艺应用的日趋广泛，众多学者也开展了超声振动磨削工艺的研究。教授在年进行了超声辅助磨削陶瓷的研

3、究，通过对磨削力和表面质量的分析确定了超声振动在加工过程中的作用，并通过进一步的试验确定了加工参数对去除率的影响。教授在难加工材料的超声波磨削中通过万方数据航空精密制造技术年第卷第期但是，磨削过程中磨削温度始终是是影响工件表面质量的关键因素之一。磨削中砂轮在高速旋转下与工件接触摩擦产生大量的磨削热，引起工件表层局部高温。导致工件产生尺寸及形状误差，降低零件使用寿命和工作可靠性，严重时会引起工件的表面热损伤，并损害砂轮。因此，研究工件表面（尤其是磨削区）的磨削温度状况和磨削烧伤前后磨削温度的分布特征，对有效控制热损害，深入探讨磨削机理等具有重要意义埘。由此可知在超声振动磨削温度方面的研究仍不够充

4、分，本文分别在超声振动磨削和普通磨削环境下选择两种截然不同的工件材料：纳米：，陶瓷和钢做试件。对不同磨削参数下超声振动磨削和普通磨削下所得到的温度数据进行分析比对，以研究超声振动对不同材料磨削温度的影响。对于纳米：，陶瓷试件，首先，使用金刚石切割片分别在两块试件上加工出沟槽用以放置热电偶丝引线，热电偶丝采用直径为的镍铬镍硅丝，并将热电偶丝上端加工成扁平状，减少对试件连接的影响。镍铬镍硅丝之间采用极薄的云母片绝缘。试验时。使用精密虎钳将两块试件夹紧，依靠加工中砂轮划擦热电偶丝形成毛刺使两根热电偶丝搭接从而形成热结点。对于钢试件。其制作方法与纳米：，陶瓷试件基本相同，但由于钢试件导电，因此还需要使

5、热电偶丝与工件之间绝缘。在热电偶丝与工件之间加入薄云母片解决这一问题。磨削条件磨削条件如表所示。表磨削条件实验：项目钢试件舡条件纳米篆嚣试件精密平面磨床，型号精密平面磨床，型号一叫磨削机床实验装置图为本实验磨削温度测量装置图，如图所示，粒度号为、树脂结粒度号为金属结热电偶从试件中引出。通过电荷放大器将信号放大，再经屏蔽线引入数据采集卡接口，最后通过虚拟实验平台完成信号采集、显示砂轮鳃塞嚣竺篆专塞舅黧：麓妻宽度径为，宽度径工件材料冷却方式磨削方式钢干磨平面磨削并保存。鍪翥陶瓷热压千磨平面磨削超声振动参数功率，振幅斗，功率，振幅斗，实验结果与分析图超声磨削温度实验装置图丽如口云母片云母片对埋有热电

6、偶的试件进行磨削，由计算机显示热电偶输出的数据。磨削时，热电偶在砂轮的作用下产生毛刺。这些毛刺跨过起绝缘作用的薄云母片。形成回路。磨削温度是一个动态变化的过程，反应在温度波形图上是出现周期性的波峰，实验中取波峰的最大值。对比不同材料试件在普通和超声磨削环境下不同磨削参数的温度值。可以看出施加超声前后磨削温度的变化以及超声振动对不同工件材料的影响。图显示了试验中某次磨削过程所采集的图磨削测温实验测温试件结构图试件制作实验中使用人工热电偶测温方法，使用镍铬镍硅热电偶。对于不同材料的试件，其具体制作步骤如下：万方数据不同材料超声振动磨削的磨削温度实验研究温度信号。减少，在这段时间内磨削热传人工件内部

7、的热量也就相应减少；同时，被磨屑带走的热量也会增加。因而温度降低。一图磨削温度信号匕型焉聂蕾即刮叫丑。图工作台进给速度与屠削温度的关系鎏翟、超声振动对磨削温度影响的分析对比纳米氧化铝陶瓷和钢试件的磨削温度结果可以发现超声辅助磨削纳米氧化铝陶瓷试件时其磨削温度明显低于普通磨削环境下的磨削温度。而相比之下，对于钢的磨削温度，超声辅助环境下和普通环境下的差别并不十分明显。由此可以认为。其超声振动对磨削温度的影响与工件的材料有关。磨削深度的影响当砂轮线速度，和工作台进给速度儿一定时（；，。，），变化磨削深度，所得结果如图所示。笔者认为出现这种情况可以从纳米氧化铝陶瓷和钢磨削机理的差异来解释。纳米氧化铝

8、陶瓷属于硬脆材料，当磨削深度大于时，它的去除过程可以被看作脆性断裂切等多种典型脆性去除机理综合作用的结果：磨削时，砂轮磨粒与工件的相互作用可以看作小规模的压痕现象所引起材料中的横向裂图磨削深度与磨削温度的关系纹引起材料的去除导致材料大规模的铲除和破裂。超声振动辅助磨削环境下工件所施加高频率的振动。使得磨粒以很大的加速度冲击件，此时更容易形成横向裂纹，同时，高频率的振动使得磨粒在件上造成的划痕有普通磨削情况下的直线变成了类似于正弦线一样的曲线这样的环境下横向裂纹更容易交错，有利于材料的去除。这两个因素导致超声振动辅助磨削环境下消耗较小的能量便可以去除较多的材料，导致磨削温度的降低。此外，由于工件

9、的高频振动所导致磨粒与试件间断性的接触，有利于试件的散热。而对于钢的加工其材料去除机理与硬脆材料不同，它可以被看做是切削和铣削在切深极小的状态下的加工。材料的去除方式主要以塑性去除为主要手段。此时在加工硬脆材料时所出现的有利于裂纹扩展的加工环境所起的作用不再明显，同从图中可以看到无论在超声环境下还是普通环境下，两种材料试件的表面磨削温度都随着磨削深度的增加而增加。这是由于在同等条件下，磨削深度的增加直接导致二件材料去除量和磨削接触弧长的增加。故其所消耗的磨削能量也随之增加，最终导致磨削温度的升高。工作台进给速度的影响当砂轮线速度以和磨削深度一定时仁，），变化工作台进给速度，所得结果如图所示。由

10、图可以看到超声状态下和普通状态下对纳米氧化铝陶瓷试件和钢试件磨削。其磨削温度呈现同样的变化趋势：随着工作台进给速度的增加磨削温度呈现略微的下降。这主要是因为磨削时。在工作台进给速度提高的情况下。磨削过程的时间万方数据航空精密制造技术年第卷第期时由于磨粒在工件划痕的轨迹的加长，使得磨削温度的降低不明显。甚至有时出现了磨削温度变大的情况。纳米氧化铝陶瓷在磨削深度较小时材料的塑性变形会比磨削深度大时明显。试验结果中所出现的普通磨削与超声磨削下温度的差异随着磨削深度的增加而加大，此结果也可从侧面证明以上推论。【】，难加工材料的超声波磨削【】机电信息，（）：【】任升峰，徐明刚工件作超声振动时的磨削特性研

11、究们电加工与模具，（）：【】丁仕燕，徐家文，干为民蠕动进给超声磨削，陶瓷实验研究【】电加工与模具，（）：【】王全才，赵波二维超声磨削复相陶瓷加工表面质量的试验研究【刀金刚石与磨料磨具工程，（）：结论本文通过普通和超声振动辅助磨削不同材料工件的对比实验，对纳米：，陶瓷材料和钢平面磨削温度的关系进行了实验研究。结果表明：提高磨削深度和降低工作台进给速度会使工件表面温度升高：采用超声辅助磨削技术能有效降低硬脆材料工件表层温度，从而有利于硬脆材料的磨削。【】刘传绍，赵波粗磨粒金刚石珩磨工程陶瓷的表面特征研究【】金刚石与磨料磨具工程，（）：【】潘志勇，赵波二维起声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性研究【】金刚石

12、与磨料磨具工程，（）：【】吴雁，孙爱国，赵波超声振动磨削陶瓷材料高效去除机理研究叨制造技术与机床，（）：【】李伯民，赵波现代磨削技术【】北京：机械工业出版社，【】袁哲俊，王先逵精密和超精密加工技术【】北京：机械工参考文献：业出版社【】闫艳燕二维超声振动磨削新型陶瓷的磨削机理研究【】，飓河南：河南理工大学（收稿日期）【】，：（上接第页）提高钻削过程中通孔出口附近结【】张建华。张勤河，贾志新，艾兴超声加工后期陶瓷孔的破损【】山东工业大学学报，（）【】，粕野构的抗剪强度。在加工效率不变的情况下，显著降低了边缘破损的程度。从而验证本文提出的改善抗剪强度途径的正确性和有效性。【】卸嵋参考文献：，舀，卸（

13、）：【】曹凤国超声加工技术【】北京：化学工业出版社，【】戴向国，傅水根，王先逵旋转超声加工机床的研究们中国机械工程，（）【】，“，够哪：锄陋印明叨，【】程学艳林彬一种新型旋转超声复合磨削头的研制【航空制造技术，（）【】，姐如锄，（）【】“，沁黝“姗：】：百锄叨，凡（）吣如。，：一（收稿日期一一）万方数据不同材料超声振动磨削的磨削温度实验研究作者：王星， 赵波， WANG Xing， ZHAO Bo作者单位：河南理工大学机械与动力工程学院,焦作,454000刊名：航空精密制造技术英文刊名：AVIATION PRECISION MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，45(5)被引用次数：0次参考文献(11条)1.H C Mult.G Spur Ultrasonic Assisted Grinding of Ceramics 19962.Eckart Uhlmann.Sven-Erik Holl 难加工材料的超声波磨削 1999(02)3.任升峰.徐明刚 工件作超声振动时的磨削特性研究 2006(03)4.丁仕燕.徐家文.干为民 蠕动进给超声磨削Al2O3陶瓷实验研究 2008(03)5.王全才.赵波 二维超声磨削复相陶瓷加工表面质量的试验研究