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【6h】

磨粒叶序排布电镀立方氮化硼砂轮的磨削力的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外相关研究的发展现状

1.2.1 磨料有序化砂轮制造工艺的研究现状

1.2.2 磨削力的研究现状

1.3 课题研究意义

1.4 本课题研究内容

1.5 本章小结

第2章 叶序理论基本概述

2.1 植物叶序的基本概念

2.2 柱面叶序排布模型

2.3 磨粒叶序排布砂轮的设计

2.3.1 磨粒粒度的选择

2.3.2 叶序角a的确定

2.3.3 生长系数h的确定

2.4 柱面叶序排布的显著斜列线对数

2.4.1 右斜列线m的确定

2.4.2 左斜列线n的确定

2.5 叶序排布砂轮磨粒间切削有效率

2.6 本章小结

第3章 叶序排布砂轮磨削力的数学模型

3.1 前言

3.2 磨削力数学模型的发展

3.2.1 G.Werner等建立的磨削力数学模型

3.2.2 李力钧和傅杰才建立的磨削力数学模型

3.3 叶序排布砂轮磨削力数学模型

3.3.1 叶序排布砂轮动态有效磨粒数

3.3.2 单颗磨粒磨削力

3.3.3 叶序排布砂轮的磨削力

3.4 本章小结

第4章 磨粒叶序排布砂轮的制造

4.1 电镀前的准备事项

4.1.1 电镀原理

4.1.2 电镀设备

4.1.3 电镀液的选择

4.1.4 磨料的选择及预处理

4.2 叶序掩膜的制备

4.2.1 光刻法制备掩膜的原理

4.2.2 掩膜的性能要求

4.2.3 叶序掩膜的制备过程

4.3 磨粒叶序排布砂轮的制造工艺

4.3.1 基体前处理

4.3.2 空镀

4.3.3 上砂镀

4.3.4 加厚镀

4.3.5 电镀砂轮实物

4.4 本章小结

第5章 基于DEFORM-3D的砂轮磨削力仿真

5.1 有限元仿真软件DEFORM-3D简介

5.2 基于DEFORM-3D的砂轮磨削力仿真

5.2.1 几何模型的建立

5.2.2 材料的本构模型

5.2.3 网格的划分

5.2.4 仿真预处理设置

5.3 磨削力仿真结果及分析

5.3.1 生长系数h对叶序砂轮及无序砂轮磨削力的影响

5.3.2 砂轮速度vs对叶序砂轮及无序砂轮磨削力的影响

5.3.3 工件速度vw对叶序砂轮及无序砂轮磨削力的影响

5.3.4 磨削深度ap对叶序砂轮及无序砂轮磨削力的影响

5.3.5 叶序排布砂轮与其他规则排布砂轮磨削力的对比

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢

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摘要

随着制造技术的飞速发展,磨削加工技术已成为现代制造业中实现精密及超精密加工最有效的加工方法,在实际生产中得到了广泛的应用。传统砂轮表面的磨粒呈随机分布状态,磨削加工过程中真正参与磨削的有效磨粒数只占磨粒总数的很小一部分,而且砂轮表面不能形成良好的容屑空间以便于磨屑的排出及冷却液的流动,从而导致了磨削过程中砂轮易阻塞、磨削温度较高,并且不宜采用较大的磨削深度,限制了磨削的加工效率。因此,如何使砂轮表面的磨粒规则有序的排布从而提高砂轮的磨削性能及磨削效率,成为磨削领域关注的热点问题。
  本文首先将植物学中的叶序理论与磨削理论相结合,提出了一种新型的磨粒有序化排布方法,分析了叶序参数对磨粒排布的影响,并选择合适的叶序参数设计出磨粒叶序排布砂轮。
  其次分析了叶序生长系数与叶序排布显著斜列线对数之间的关系,并讨论了不同磨削条件下单颗磨粒的磨削有效率,对单颗磨粒的理论平均未变形切削厚度进行了修正。根据砂轮在磨削过程中的动态有效磨粒数及单颗磨粒的磨削力,建立了磨粒叶序排布砂轮的磨削力数学模型。
  然后详细介绍了磨粒叶序排布砂轮的制备过程,其中的关键是叶序掩膜的制备及选用合适的上砂方法。本文利用光刻技术,选择合适的曝光时间制各出良好的叶序掩膜,同时采用分段上砂的方法,获得了较高的上砂率。
  最后利用有限元仿真软件DEFORM-3D对砂轮的磨削力进行仿真分析。通过对相同磨削条件下不同生长系数的叶序砂轮的磨削力进行仿真,结果表明:随着生长系数的增大砂轮磨削力逐渐降低。通过改变某一磨削参数(砂轮速度vs、工件速度vw、磨削厚度ap)对叶序砂轮、无序砂轮以及其他有序砂轮(阵列排布、错位排布)分别进行磨削力的仿真对比,结果表明:相同磨削条件下叶序砂轮的磨削力小于无序砂轮,但与其他有序排布砂轮相差不大。

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