針對(duì)傳統(tǒng)砂輪磨削時(shí)出現(xiàn)容屑空間小、潤(rùn)滑冷卻性能差、砂輪容易堵塞、裂紋等問(wèn)題。受到植物葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)啟迪,借鑒其分級(jí)、流動(dòng)性和散熱特征;將仿生學(xué)中葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)引入到砂輪枝構(gòu)化設(shè)計(jì)中。進(jìn)一步開(kāi)展了砂輪表面葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),通過(guò)激光燒蝕使得葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)均勻分布在砂輪表面。這對(duì)為砂輪表面枝構(gòu)化設(shè)計(jì)提供一種嶄新的方法和提高金剛石砂輪的磨削性能具有重大意義。本文首先根據(jù)葉脈分形網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提取了自然界中植物葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中特征參數(shù),闡明了葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的演變規(guī)則。基于葉脈分形參數(shù)（寬度比、長(zhǎng)度比和葉脈密度）構(gòu)建了砂輪表面多級(jí)葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型。再利用相似性理論,對(duì)多級(jí)葉脈分形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與表面枝構(gòu)化砂輪進(jìn)行了相似性分析。通過(guò)結(jié)合湖南省的網(wǎng)狀脈植物分布情況,選取了香樟樹(shù)葉片上葉脈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為仿生對(duì)象;采集了處于成熟期（LL）、成長(zhǎng)期（ML）和幼小期（SL）的葉片上葉脈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為實(shí)驗(yàn)樣本,提取了和測(cè)量了樣本中主脈、側(cè)脈、細(xì)脈的長(zhǎng)與寬;確定了三種不同類型葉脈的寬度比和長(zhǎng)度比;最終設(shè)計(jì)了三種不同類型的仿生金剛石砂輪。其次,闡明了金剛石砂輪表面枝構(gòu)化原理,搭建了激光器、旋轉(zhuǎn)夾緊裝置為... 

【文章來(lái)源】：湖南理工學(xué)院湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

砂輪結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)類型那怎么才能設(shè)計(jì)出表面結(jié)構(gòu)化的仿生結(jié)構(gòu)模型？師法自然、探索大自然中類

湖南理工學(xué)院碩士學(xué)位論文第1章緒論3陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪表面加工出宏觀結(jié)構(gòu)化的盲孔（直徑500μm，孔深5mm），其激光去除面積是整個(gè)砂輪表面20%，如圖1-2所示，宏觀結(jié)構(gòu)化的盲孔不僅能夠大量?jī)?chǔ)存大量磨削液，在磨削過(guò)程中可以將這些磨削液運(yùn)送到磨削區(qū)實(shí)現(xiàn)冷卻與潤(rùn)滑，利用這些宏觀結(jié)構(gòu)化的砂輪磨削時(shí)，法向磨削力和徑向磨削力分別降低39%和49%，降低了工件表面熱影響區(qū)域。但是單一結(jié)構(gòu)化會(huì)在磨削過(guò)程中帶來(lái)磨削顫振將對(duì)工件表面質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。圖1-2砂輪表面宏觀結(jié)構(gòu)化的盲孔2017年，張曉紅教授[12,13]等提出了激光燒蝕的方法在金剛石砂輪表面加工寬度為1.2mm的6種不同類型宏觀溝槽結(jié)構(gòu)，其中兩種宏觀溝槽的超景深顯微鏡圖如1-3所示，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磨削力下降了24.5%。宏觀溝槽結(jié)構(gòu)不僅能夠有效聚集并將冷卻液輸送到磨削區(qū)實(shí)現(xiàn)冷卻與潤(rùn)滑，并且能夠大幅度地增加磨削加工效率。但是在單一的尺度下結(jié)構(gòu)化區(qū)域內(nèi)的磨屑和破碎的磨粒無(wú)法及時(shí)排出從而對(duì)磨削加工表面質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。圖1-3砂輪表面宏觀結(jié)構(gòu)化類型Walter[14,15]等利用了脈沖激光燒蝕的方法在CBN砂輪表面加工出螺旋型、交叉螺旋型、網(wǎng)狀及V型等6種不同類型尺寸為120-140μm的微觀溝槽結(jié)構(gòu)（如圖1-4所示），研究結(jié)果表明，不同類型微觀溝槽所表現(xiàn)出來(lái)的磨削性能是截然

湖南理工學(xué)院碩士學(xué)位論文第1章緒論4不同的，和非結(jié)構(gòu)化砂輪相比，V型微觀溝槽結(jié)構(gòu)化的實(shí)際接觸面積僅為傳統(tǒng)砂輪的63%，磨削力最大下降54%，改善砂輪的潤(rùn)滑冷卻條件，提高難加工材料磨削質(zhì)量。但是也發(fā)現(xiàn)V型微觀溝槽陣列結(jié)構(gòu)無(wú)法確保冷卻液在磨削區(qū)與工件表面的持續(xù)接觸，從而造成磨削表面粗糙度反而略有增大，如圖1-5所示。圖1-4CBN砂輪表面微觀結(jié)構(gòu)化圖1-5CBN砂輪表面微觀結(jié)構(gòu)化和未結(jié)構(gòu)化的磨削力及粗糙度對(duì)比趙清亮教授[16,17]等采用脈沖納秒激光對(duì)大磨粒電鍍金剛石砂輪表面燒蝕出寬度為10-15μm、間距為30-150μm的微觀溝槽，如圖1-6所示，利用此種微觀結(jié)構(gòu)化砂輪對(duì)BK7光學(xué)玻璃進(jìn)行了磨削實(shí)驗(yàn)，并探究了BK7光學(xué)玻璃表面粗糙度和亞表面損傷，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，和傳統(tǒng)金剛石砂輪相比，表面粗糙度略為增大，工件亞表面損傷有了較大的降低，與傳統(tǒng)金剛石砂輪相比降低40%，如圖1-7所示。圖1-6激光微觀結(jié)構(gòu)化電鍍砂輪的原理圖及形貌

【參考文獻(xiàn)】：
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