針對(duì)拉絲加工表面紋理的獲取缺乏材料微觀去除層面的理論指導(dǎo)與量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的問題,提出一種面向鋁合金高鐵白車身拉絲表面紋理形成的參數(shù)化評(píng)價(jià)方法.選擇磨粒的幾何形狀和尺寸、分布間距和出刃高度作為拉絲輪形貌特征評(píng)價(jià)參數(shù),根據(jù)磨粒分層和隨機(jī)分布規(guī)律在二次開發(fā)的拉絲輪參數(shù)化建模平臺(tái)上自動(dòng)生成拉絲輪模型,并確定以沿紋理方向的微觀不平度十點(diǎn)高度和垂直紋理方向的輪廓微觀不平度的平均間距作為特征參數(shù)區(qū)分直紋和雪花紋.仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:通過該方法可以獲得理想的直紋和雪花紋,其中直紋的微觀不平度十點(diǎn)高度小于2μm,輪廓微觀不平度的平均間距大于0.2 mm,雪花紋的微觀不平度十點(diǎn)高度大于5μm,輪廓微觀不平度的平均間距小于0.1 mm. 

【文章來(lái)源】：華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,48(11)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

磨粒排列具有分層分布規(guī)律的拉絲輪模型b.磨粒排列具有隨機(jī)分布規(guī)律：考慮將拉絲輪

層排列，即同一圓周上的磨粒間距較小互相粘接，而不同圓周的磨粒之間則磨粒間距較大．在現(xiàn)有的磨料中，可以通過不織布纖維作為拉絲輪基體實(shí)現(xiàn)上述磨粒分布規(guī)律．圖1為通過拉絲輪參數(shù)化建模插件建立的磨粒分布具有分層規(guī)律的拉絲輪模型．通過控制兩個(gè)方向上的磨粒中心距Lr和Lh來(lái)實(shí)現(xiàn)磨粒的分層排列．圖1磨粒排列具有分層分布規(guī)律的拉絲輪模型b.磨粒排列具有隨機(jī)分布規(guī)律：考慮將拉絲輪表面磨粒設(shè)計(jì)成隨機(jī)排列分布，磨粒之間的中心距呈隨機(jī)分布，這是砂帶、砂輪等常見磨具表面的磨粒分布形式．圖2為表面磨粒排列為隨機(jī)分布規(guī)律的拉絲輪．在拉絲輪建模過程中，磨粒兩個(gè)方向上的中心距Lr和Lh設(shè)置成相同，經(jīng)過兩個(gè)方向的隨機(jī)振動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)磨粒在拉絲輪表面的隨機(jī)分布．圖2磨粒排列具有隨機(jī)分布規(guī)律的拉絲輪模型1.3拉絲表面紋理評(píng)價(jià)指標(biāo)表面紋理主要描述幾何表面的平面度．國(guó)際生產(chǎn)工程科學(xué)院(CIRP)研究表明：表面紋理可通過測(cè)量加工后的工件表面維粗糙度參數(shù)予以量化表征[17]．微觀不平度十點(diǎn)高度Rz值反映同一條直線上表面形貌的起伏，可以用來(lái)描述路徑是否連續(xù)；而輪廓微觀不平度的平均間距Sm值反映一個(gè)波峰和波谷的寬度，可以用來(lái)描述紋路溝壑的寬度，也即紋路的粗細(xì)[16]．因此，可以通過測(cè)量在拉絲軌跡方向上的Rz值和垂直拉絲軌跡方向上的Sm值來(lái)區(qū)分不同的拉絲紋理．Rz定義為在取樣長(zhǎng)度內(nèi)五個(gè)最大輪廓峰值和五個(gè)最大輪廓谷值的平均值之和，具體表達(dá)式為55zpv115iiiiRyy，(3)式中：ypi為第i個(gè)最大輪廓峰值；yvi為第i個(gè)最大輪廓谷值．Sm是指在取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓微觀不平度?

?淦悼刂疲?罡呱杓譜??2000r/min．試驗(yàn)工件為3m×2m的6005A-T6鋁合金高鐵白車身側(cè)墻樣件，工具分別為不織布拉絲輪(表面磨粒呈分層分布)和雪花砂帶(表面磨粒呈隨機(jī)分布)．力控機(jī)器人加工是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件材料精密去除的有效解決手段[21-22]．在拉絲試驗(yàn)中，通過控制法向力替代仿真中的切深輸入，基于前期大量工藝試驗(yàn)，確定通過兩種拉絲輪加工的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為：法向力20N，拉絲輪線速度11.8m/s，工件進(jìn)給速度10mm/s，磨粒粒度P180．3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4為通過兩種拉絲輪在上述工藝參數(shù)條件下獲得的兩種不同視覺特征的拉絲紋理．在視覺上，兩種紋理特征基本符合直紋和雪花紋的特征要求．為分析兩種紋路是否符合直紋和雪花紋的微觀形貌特征，與仿真類似，通過KeyenceVHX-1000C超景深顯微鏡測(cè)量?jī)煞N紋路沿紋理方向和垂直紋理方向的形貌信息，如圖5所示，然后通過式(3)和式(4)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的Rz值和Sm值．Rz值和Sm值均選擇4條等間距測(cè)量路徑，其值如表4和表5所示．從表4和表5可以看出：當(dāng)拉絲輪表面磨粒為圖4兩種表面磨粒分布規(guī)律拉絲輪加工得到的拉絲紋理圖5兩種拉絲紋理表面形貌表4工件表面沿紋理方向Rz值μm磨粒分布規(guī)律路徑1路徑2路徑3路徑4平均值標(biāo)準(zhǔn)差分層分布1.2630.9811.1391.4771.2150.209隨機(jī)分布7.8529.7736.9427.0637.9071.307表5工件表面垂直紋理方向Sm值mm磨粒分布規(guī)律路徑1路徑2路徑3路徑4平均值標(biāo)準(zhǔn)差分層分布0.3140.2710.2530.3390.2940.034隨機(jī)分布0.0820.0790.0960.1380.0980.027分層分布時(shí)，沿紋理方向的Rz平均值為1.215μm，小于


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