【摘要】：模具制造中的光整加工是對工件的尺寸精度和表面質(zhì)量進行精密修正,光整加工約占整個制造時間的40-50%。對于激光強化技術(shù)在模具領(lǐng)域的應(yīng)用,基于軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的光整方法能夠解決激光強化模具表光整加工中高硬度、高耐磨性和復雜自由曲面的技術(shù)難題。由于缺乏對軟固結(jié)磨粒表面形貌及光整加工表面的研究,尚未有一種有效的模型進行表面加工仿真分析。前期光整實驗結(jié)果表明,軟固結(jié)磨粒群出現(xiàn)大量脫落現(xiàn)象,且磨粒脫落速度大于粘結(jié)劑脫離速度,這大大降低了磨粒的有效加工參與率,影響了光整效率及加工質(zhì)量。為實現(xiàn)模具激光強化表面的高效精密自動化光整加工,本文將在現(xiàn)有軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪研究的基礎(chǔ)上,研究構(gòu)建軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪表面形貌模型及光整加工模型,對實際表面加工進行仿真預測;優(yōu)化改進軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的組構(gòu),提高激光強化模具表面的光整效率和加工質(zhì)量。本文內(nèi)容主要從以下幾個方面展開:(1)針對軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪接觸表面形貌的構(gòu)建問題,基于砂輪表面的特征及磨粒-工件接觸行為特征,利用隨機域重構(gòu)建表面形貌模型,建立一種非高斯型軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪表面形貌模型,可通過實驗給定參數(shù)模擬生成相應(yīng)表面形貌以進行工件表面加工的仿真。(2)針對表面磨損和磨粒脫落等問題,改進傳統(tǒng)氣壓砂輪,建立一種改良的漸進式軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪,以克服磨粒脫落和鈍化、更換砂輪頭加工時的低效和重置定位等問題,利用逐層加工的思想,拓寬加工粗糙度區(qū)間,提高加工效率,提升加工質(zhì)量。(3)構(gòu)建漸進式軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪的多層彈性體模型,對充氣壓力及旋轉(zhuǎn)速度進行動態(tài)仿真,優(yōu)選充氣壓力為0-0.1MPa、轉(zhuǎn)速為1500rpm等加工參數(shù)為工藝參數(shù)。(4)針對軟固結(jié)磨粒上單顆磨粒及氣壓砂輪的整體運動軌跡,建立軟切削磨粒與工件表面微凸體的相應(yīng)聯(lián)系,添加表面材料硬度系數(shù)、微凸體去除模型、材料去除約束等,構(gòu)造軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪光整工件表面的加工模型,通過實驗給定加工參數(shù),仿真形成相應(yīng)工件表面。(5)針對加工目標,設(shè)計相應(yīng)的實驗方案,搭建面向激光強化表面的軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪加工實驗平臺,制備改進的漸進式軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪;通過光整實驗,對加工中的材料去除及表面質(zhì)量進行分析,驗證砂輪表面形貌模型和光整加工模型的正確性;同時,對自由曲面進行光整加工,證明軟固結(jié)磨粒氣壓砂輪對激光強化表面初期光整加工的有效性;對比傳統(tǒng)氣壓砂輪及漸進式氣壓砂輪,漸進式磨粒層不僅優(yōu)化磨粒脫落的問題,并且磨削過程過渡連續(xù)且平緩,漸進式氣壓砂輪的加工工件表面質(zhì)量優(yōu)于手動更換單層氣壓砂輪且加工效率提高34.6%。
[Abstract]:The finishing process in mould manufacturing is to correct the dimension accuracy and surface quality of the workpiece precisely, and the finishing process accounts for about 40-50% of the manufacturing time. For the application of laser hardening technology in the field of mould, the finishing method based on the pressure grinding wheel of soft bonded abrasive particles can solve the technical problems of high hardness, high wear resistance and complex free-form surface in the surface finishing of the mould strengthened by laser. Due to the lack of research on the surface morphology of soft bonded abrasive particles and surface finishing, there is not an effective model for surface processing simulation analysis. The results of early finishing experiments show that a large number of abrasive particles are shedding and the velocity of abrasive particles falling off is higher than that of binder, which greatly reduces the effective processing participation rate of abrasive particles and affects the finishing efficiency and processing quality. In order to realize the high efficiency and precision automatic finishing of mould surface strengthened by laser, the surface morphology model and finishing model of air pressure abrasive wheel with soft consolidation grain are studied and constructed on the basis of the existing research on the air pressure grinding wheel of soft consolidated abrasive particles. The simulation prediction of the actual surface processing is carried out, and the fabric of the air pressure grinding wheel for soft consolidated abrasive particles is optimized to improve the finishing efficiency and processing quality of the surface of the mould strengthened by laser. The main contents of this paper are as follows: (1) aiming at the construction of contact surface topography of soft bonded abrasive pneumatic grinding wheel, based on the surface characteristics of grinding wheel and the contact behavior of abrasive particle and workpiece, a surface topography model is constructed by re-constructing the model in random domain. A surface morphology model of non-Gao Si soft bonded abrasive pneumatic grinding wheel is established. The corresponding surface morphology can be generated by simulating the given parameters. (2) aiming at the problems of surface wear and abrasive particle shedding, etc. By improving the traditional pneumatic grinding wheel and establishing an improved progressive soft consolidation abrasive particle pneumatic grinding wheel, the problems of abrasive shedding and passivation, the low efficiency and reset position of replacing the grinding wheel head are overcome, and the idea of layer by layer machining is used. Widen machining roughness range, improve machining efficiency and improve machining quality. (3) the multi-layer elastomer model of progressive soft bonded abrasive pneumatic grinding wheel is constructed, and the dynamic simulation of inflatable pressure and rotation speed is carried out. The processing parameters such as air pressure 0-0.1MPa and rotational speed 1500rpm are selected as the process parameters. (4) according to the whole motion path of single abrasive and pneumatic wheel on soft consolidated abrasive, the corresponding relation between the abrasive particles in soft cutting and the micro-protrusions on the workpiece surface is established. The hardness coefficient of the surface material, the removal model of the microconvex body, the material removal constraint and so on are added to construct the machining model of the surface of the workpiece with the air pressure grinding wheel of the soft consolidated abrasive grain, and the machining parameters are given through the experiment. The corresponding workpiece surface is formed by simulation. (5) aiming at the machining target, the corresponding experimental scheme is designed, and the experimental platform for machining the soft consolidated abrasive particle pneumatic grinding wheel for laser strengthened surface is built, and the improved progressive soft consolidated abrasive pneumatic grinding wheel is prepared. Through finishing experiment, material removal and surface quality are analyzed to verify the correctness of grinding wheel surface morphology model and finishing model. It is proved that the air pressure grinding wheel of soft bonded abrasive particles is effective in the initial finishing process of laser strengthened surface, and compared with the traditional pneumatic grinding wheel and the progressive air pressure grinding wheel, the progressive abrasive layer not only optimizes the problem of abrasive particle shedding, The grinding process is continuous and smooth, and the surface quality of the progressive pneumatic grinding wheel is better than that of replacing the single-layer pneumatic grinding wheel manually, and the machining efficiency is increased by 34.6.
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.6

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本文編號：2198074