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超高速磨削机理的研究

卢春强  
【摘要】: 超高速磨削突破了传统磨削的概念,可集粗精加工于一身,达到可与车、铣和刨削等切削加工方法相媲美的金属磨除率,而且能实现对难磨材料的高性能加工,被誉为现代磨削技术的高峰。目前我国在超高速磨削的基础性理论和试验研究还不够深入,在很大程度上阻碍了其在我国的发展和应用,本文对超高速磨削机理中的若干问题进行了深入的探讨研究,以期为我国超高速磨削技术水平的提高提供理论基础。 论文首先在大量查阅相关文献的基础上综述了超高速磨削国内外的发展历程和现状,总结了超高速磨削的特点和优越性,阐述了超高速磨削在高效深磨、外圆磨削、点磨削及硬脆材料和难磨材料上的应用,并对课题意义进行了论述。 其次,根据超高速冲击机理和超高速磨削实验结果,构建了“超高速磨削准流动相冲击成屑模型”,提出了超高速磨削条件下磨屑形成的新机理。普通磨削是靠磨粒切削刃对材料的剪切作用而达到去除材料的目的,而超高速磨削是靠磨粒对工件材料的高速冲击,在磨粒前下方形成一椭球状的高温、高压流动相,该流动相内的流动相物质在磨粒的高速挤压下从磨粒的前端溢出并随磨粒的运动而被带出磨削区、形成磨屑。因此超高速磨削最大未变形切屑厚度极小、磨削力小、砂轮耐用度高、磨削接触区温度高而烧伤层浅、材料去除率高。 然后,结合高效深磨的特点,研究了高效深磨的热模型,并用实验方法和理论计算方法对其磨削区温度和磨削点温度进行了深入分析与研究,表明在磨削区的磨削温度足以使磨粒刃下方局部非常小范围内的被磨材料在瞬间发生高温软化,出现准流动相甚至流动相,证明了本文所构建的“超高速磨削准流动相冲击成屑模型”是正确的。另外,应用比磨削能构成理论,分析了超高速磨削的能量消耗,对超高速磨削条件下比磨削能的影响因素进行了一定的分析。 最后,研究了超高速磨削中磨削热的产生及其影响,简要介绍了将磨削液注入磨削区的常用方法,通过揭示超高速磨削弧区的换热机理,着重介绍了径向射流冲击磨削弧区强化换热,并通过实验对普通供液和径向射流沖击供液的换热效果作了全面的对照比较。


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