硬脆材料具有抗氧化、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良的物理和化學(xué)性能,廣泛應(yīng)叫于航空航天、船舶、光學(xué)、國(guó)防工業(yè)等重要領(lǐng)域并發(fā)揮著關(guān)鍵作用。另一方面硬脆材料屬于典型的難加工材料,具有高硬度、低韌性等缺點(diǎn),車削、銑削等傳統(tǒng)加工方式容易在工件產(chǎn)生表面微裂紋、亞表面損傷等缺陷,難以滿足加工要求。固結(jié)磨粒線鋸具有切縫窄、壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)點(diǎn),是硬脆材料首選的切割方式之一,其加工原理與磨削類似,屬于磨粒加工。受磨粒幾何尺寸、形狀的隨機(jī)性等因素的影響,磨粒加工技術(shù)的材料去除機(jī)理難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。有限元仿真克服了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)物理量與現(xiàn)象難以檢測(cè)的問(wèn)題,是磨粒加工材料去除機(jī)理研究的重要手段。因此,本文應(yīng)用有限元仿真法深入研究硬脆材料鋸切材料去除機(jī)理。本文以固結(jié)金剛石磨粒線鋸為研究對(duì)象,建立了單顆磨粒幾何模型,實(shí)現(xiàn)了線鋸表血形貌的參數(shù)化建模,通過(guò)線鋸表面形貌檢測(cè)實(shí)驗(yàn)獲得了建模所需要的相關(guān)參數(shù)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了單顆磨粒切削和線鋸整體切削仿真、最后通過(guò)單顆磨粒劃擦實(shí)驗(yàn)和線鋸切割實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單顆及多顆磨粒切削模型的有效性。具體工作內(nèi)容包括:構(gòu)建線鋸的單顆磨粒幾何模型及其表面形貌的參數(shù)化模式。利用空間隨機(jī)平面切分... 

【文章來(lái)源】： 胡少鑫 西安理工大學(xué)

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

線鋸表面形貌模型示意圖[40]

不同切分

2固結(jié)磨粒線鋸形貌的參數(shù)化建模與分析11最終可以得到隨機(jī)形狀的不規(guī)則多面體。圖2-2為經(jīng)過(guò)不同次數(shù)的切分后虛擬磨粒的形狀，從圖上可以看出，切削次數(shù)越多，磨粒的面數(shù)也就越多，相應(yīng)的切削刃的數(shù)量也會(huì)隨之增加。(a)0次（b）20次（c）30次（d）40次圖2-2不同切分次數(shù)下的磨粒形狀Fig.2-2ShapeofAbrasiveafterDifferentCuttingTimes從圖2-2可以看出，當(dāng)切削次數(shù)在30~40之間時(shí)，虛擬磨粒的形狀已經(jīng)接近磨粒的真實(shí)形狀了，因此在構(gòu)建線鋸表面三維模型時(shí)，磨粒的切削次數(shù)設(shè)置為30次。2.1.2磨粒的隨機(jī)分布固結(jié)金剛石磨粒線鋸表面形貌的復(fù)雜性主要表現(xiàn)為兩點(diǎn)：一是磨粒本身形狀不規(guī)則、尺寸多變；二是磨�？臻g位姿隨機(jī)分布。其中，磨粒幾何特征在上一節(jié)簡(jiǎn)化為空間隨機(jī)平面切分球體法生成的不規(guī)則多面體，本節(jié)的工作主要是通過(guò)隨機(jī)生成磨粒的中心坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)磨�？臻g位姿的調(diào)整。不同于砂輪，線鋸的柔性較大，在加工過(guò)程中極易產(chǎn)生變形，這對(duì)線鋸表面輪廓建模造成了較大的困難，因此，在建模過(guò)程中忽略線鋸柔性將其視作剛體，則線鋸表面磨粒的空間位置就可以用圓柱坐標(biāo)系來(lái)表示。圖2-3是線鋸的橫截面示意圖，如圖所示建立極坐標(biāo)系，則磨粒在橫截面上的位置可以表示為iir,。其中，金屬絲與鍍層共同構(gòu)成了線鋸基體，R表示線鋸基體的半徑，i以及ir則表示第i顆磨粒的中心與x軸的極位夾角及到線鋸中心的距離，其中極角i的取值范圍為0,2。金屬絲鍍層金剛石磨粒iiWr,OxRiri圖2-3線鋸橫截面示意圖Fig.2-3CrossSectionofWireSaw如圖2-4所示，磨粒中心點(diǎn)到線鋸中心的距離ir與磨粒的出刃高度ih有關(guān)，它可以通過(guò)下式表達(dá)：


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