磨削作為一種精密成形技術(shù),日益受到人們的重視,傳統(tǒng)的手工磨削由于可控性差等缺點(diǎn)難以滿足高質(zhì)量高效率的現(xiàn)代化生產(chǎn)需求。隨著工業(yè)4.0和中國制造2025規(guī)劃的實(shí)施,機(jī)器人砂帶磨削已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。鎳基合金Inconel 718由于其優(yōu)異的服役性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油和天然氣等領(lǐng)域,這就對(duì)其磨削質(zhì)量提出了更高的要求。磨削質(zhì)量包含磨削精度和表面完整性,其中表面完整性往往是傳統(tǒng)手工磨削最容易忽視的問題,對(duì)材料的服役性能有重要的影響。因此,本文針對(duì)Inconel 718合金設(shè)計(jì)搭建了一套機(jī)器人砂帶磨削系統(tǒng),通過可控的磨削工藝參數(shù)優(yōu)化,來提高鎳基高溫合金表面完整性和服役性能。系統(tǒng)地研究了磨削工藝對(duì)合金表面完整性(表面燒損、粗糙度、殘余應(yīng)力、疇界尺寸、顯微硬度和微觀組織等)的影響規(guī)律,建立了綜合多指標(biāo)的表面完整性預(yù)測(cè)模型,探討了磨削表面電化學(xué)腐蝕機(jī)理。為機(jī)器人砂帶磨削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有力的理論支撐和試驗(yàn)依據(jù)。論文主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)搭建了機(jī)器人砂帶磨削系統(tǒng),研究了磨削參數(shù)與表面完整性主要指標(biāo)之間的關(guān)系。結(jié)果表明,當(dāng)磨削表面實(shí)測(cè)溫度高于580°C時(shí),試樣表面會(huì)發(fā)生明顯的燒損現(xiàn)象。此外,隨著磨削力的增大,表面粗糙度增加,殘余應(yīng)力由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。在178 kPa的磨削力和31 m/s的砂帶轉(zhuǎn)速下,Inconel 718合金表面不僅獲得了較大的殘余壓應(yīng)力(約355 MPa)而且得到了小的表面粗糙度,同時(shí),其表面顯微硬度相較于母材提高了15%左右。其原因在于加工過程中發(fā)生了部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。(2)基于聲音信號(hào)特征,采用最優(yōu)剪枝極限學(xué)習(xí)機(jī)(OP-ELM)建立了砂帶磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)模型。通過熱源法建立了磨削試樣表面溫度場(chǎng)模型,獲得了機(jī)器人砂帶磨削過程中試樣表面溫度的變化規(guī)律,用以預(yù)測(cè)磨削表面的燒損情況�；诰�性加權(quán)函數(shù),建立了以粗糙度、殘余應(yīng)力、疇界尺寸為主要指標(biāo)的磨削表面完整性預(yù)測(cè)模型。(3)針對(duì)表面殘余應(yīng)力開展了重點(diǎn)研究,并基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)和粒子群優(yōu)化算法(PSO),建立了磨削試樣表面殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)模型,與X射線應(yīng)力儀測(cè)試結(jié)果相比,其均方誤差(MSE)小于735.85,均方根誤差(RMSE)小于27.13,平均誤差(EM)小于4.26,標(biāo)準(zhǔn)差(ESD)小于26.94。由此可見,該方法能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)磨削表面殘余應(yīng)力和最大殘余應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測(cè),為控制和改善合金磨削表面殘余應(yīng)力狀態(tài)奠定了基礎(chǔ)。(4)系統(tǒng)研究了磨削表面的腐蝕性能,揭示了磨削工藝、殘余應(yīng)力、表面粗糙度等主要因素對(duì)腐蝕性能的影響規(guī)律。研究表明,Inconel 718磨削表面電化學(xué)腐蝕過程主要包括:多孔氧化膜缺陷破壞,富Nb區(qū)域的形成,腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生,富Nb區(qū)域邊界溶解,腐蝕產(chǎn)物脫落和腐蝕坑形成等。隨著砂帶磨粒尺寸的減小,磨削試樣表面的粗糙度降低,試樣表面的殘余壓應(yīng)力增大,磨削表面的抗腐蝕性能得到有效的提高。減小粗糙度,可使參與腐蝕過程的表面積減小,從而有效抑制了腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生,而殘余壓應(yīng)力又會(huì)阻礙腐蝕產(chǎn)物的剝落。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.619.2
【部分圖文】：

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章 緒論性也相對(duì)較差，且生產(chǎn)效率低下。隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人替代傳統(tǒng)加工在表面加工中的應(yīng)用愈來愈受到重視[8]，機(jī)器人砂帶磨削加工不僅能大幅提高加工效率，并且保證了工件的磨削質(zhì)量，使加工過程具有可控性，如圖 1-1b 所示，作為一種柔性加工方式，具有非常好的自適應(yīng)性，在難加工材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，國內(nèi)外針對(duì)機(jī)器人砂帶磨削技術(shù)研究尚不成熟，特別是在磨削表面完整性等方面的研究仍不夠全面深入，這些問題嚴(yán)重制約了機(jī)器人磨削技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。因此開展針對(duì)機(jī)器人砂帶磨削過程中表面完整性的研究是很有必要的，對(duì)推動(dòng)“中國制造 2025”五大工程及十大領(lǐng)域中智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國的目標(biāo)具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2.1 傳統(tǒng)人工磨削特點(diǎn)隨著工業(yè)化的不斷推進(jìn)，越來越多的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到工廠中，替代了工人完成繁重的作業(yè)，但是磨削作為一種復(fù)雜的工藝過程，而且工件表面大多數(shù)是不規(guī)則的，所以，很大比例的磨削作業(yè)還是以傳統(tǒng)的人工磨削來完成，如圖 1-2 所示，工人磨削工件時(shí)，操作工人本身的經(jīng)驗(yàn)水平直接決定了最終的磨削質(zhì)量。具有豐富經(jīng)驗(yàn)的操作工人會(huì)結(jié)合工件的三維形貌和材料特性，先把工件分類，在給每個(gè)工件進(jìn)行分區(qū)磨削，然后決定磨削的順序進(jìn)行磨削作業(yè)。這就需要很豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，其中，磨削轉(zhuǎn)速、接觸角度、接觸力都會(huì)直接影響磨削的質(zhì)量。培養(yǎng)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工人，需要投入很大的成本，即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅也很難保證磨削質(zhì)量的一致性。而且惡劣的工作環(huán)境也極大的傷害了工人的身體健康，磨削過程還具有很大的危險(xiǎn)性。

圖 1-3 機(jī)器人砂帶磨削裝置Fig. 1-3 Robot belt grinding device析，機(jī)器人砂帶智能磨削技術(shù)作為智能制造的重要方面。智能制造的發(fā)展不依賴于人工操作的水平，機(jī)器人砂帶的加工任務(wù)。好、磨削質(zhì)量高。能夠保證磨削工藝的穩(wěn)定，確保工件的削質(zhì)量的一致性。。智能磨削的效率比傳統(tǒng)的手工作業(yè)高很多，而且可以全這可以有效彌補(bǔ)我國人口紅利優(yōu)勢(shì)減弱的不利因素。生產(chǎn)。通過無線射頻識(shí)別智能技術(shù)，模擬產(chǎn)品的生產(chǎn)操

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2809768