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有序排布磨料磨削表面的仿真研究

郭然  
【摘要】:在石材加工过程中,运用不同目数的磨具对石材表面进行粗磨、半精磨、精磨,抛光等数个工序才能达到低的表面粗糙度和高的表面光泽度。为了对加工后的工件表面质量进行预估和评价以及了解加工表面生成机理,就需要对加工工件表面形貌进行仿真。 由于目前石材加工中采用的磨具多为固结磨具,磨具的工作表面一般是由大量的无规则离散分布的磨粒所构成的,磨粒的分布绝对无序并且瞬息万变,不仅对磨削过程存在着许多负面影响,并且对表面形貌的仿真造成极大的障碍。而采用金刚石钎焊技术制作的金刚石工具则可以实现对金刚石磨粒的有序排布,因而可以根据不同的加工要求来设计磨粒的排布形式,并可据此实现对磨削加工后工件表面形貌的仿真和验证,因此本课题的研究建立在采用钎焊金刚石工具对石材进行加工的基础之上。 本文首先建立起磨粒轨迹的数学仿真模型,然后结合Matlab软件,根据所设计的磨粒排布模式,推导出有序排布的任一磨粒点相对于工件运动的轨迹方程以及工件表面所产生的形貌,在实验研究中使用金刚石钎焊工具对山西黑石材进行磨削加工,再将仿真结果与实验结果进行比较分析。通过分析发现:加工后的工件表面形貌与通过仿真得到的形貌基本一致,并且在不同的磨粒分布下加工表面轨迹的分布具有一定的规律性。磨具上任何单颗的磨粒在工件表面形成的轨迹具有重复性,且分布均匀。其中任两条相邻的轨迹曲线在磨具中心轴线的运动方向上的间距相同,磨具的进给速度和旋转速度越大,则其间距越小,轨迹曲线密度越大,表面粗糙度越低。而在加工工件表面不同位置处,轨迹密度的分布也有规律。由磨具中心轴线的运动轨迹处至磨具加工的边缘方向上,轨迹密度由小变大,轨迹线相交形成的菱形的面积由大变小,则与之相对应的表面粗糙度则是由大变小。结合仿真模型,一方面可以预估和判断加工后的工件表面质量,另一方面则可以结合加工要求,设计磨具磨粒排布以及相应的加工参数,以达到利用有限的磨粒有效的去除石材表面材料的目的,提高加工效率,降低加工成本。


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