超硬材料多线磨削加工方法研究

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1、天津大学硕士学位论文超硬材料多线磨削加工方法研究ResearchonMultiWireGrindingMethodofSuper-hardMaterials学科专业：机械工程研究生：李璐江指导教师：王喆副教授企业导师：刘永柱高工天津大学机械工程学院2017年12月摘要超硬材料因为其具有优异的物理化学性能，在信息、采矿、航空、等领域取得了广泛的应用，但是由于其加工较为困难，长期困扰着生产，迫切需要解决硬脆材料的高效加工问题。针对这一问题，本文提出了一种用于超硬材料加工的新方法——多线磨削。多线磨削即是将一股固结磨料的金刚石线在空间组

2、合排布形成线带，在辅助机构支承下或自身张力的作用下使线带与被加工件发生接触和相对运动，可实现连续磨削的一种加工方式。该方法增加了硬脆材料加工的手段，为超硬材料加工提供了新理论和新思路。多线磨削具有散热性好，磨屑不易堵塞刀具、加工效率高、成本低等优势，应用前景广阔。全文主要研究内容如下：结合多线切割和磨削加工研究现状，设计完成了多线磨削装置的主要构型，包括磨削系统、冷却系统、压磨轮、床身等。研究了加工机理，制定了丝线的排线方案和加工工艺过程。并利用ISIGHT集成Creo和ANSYS对压磨轮几何尺寸进行拓扑优化，最终确定了装置的关键

3、参数。在砂轮磨削、超硬材料建模等理论基础上，以工程陶瓷这一典型超硬材料为例，推导了多线磨削加工的磨削力模型。首先总结了硬脆材料的加工特点，根据磨深和临界厚度的关系分别建立载荷公式。介绍了了几种基本参数建模方法及理论公式，最终得到金刚石线磨削力模型。将金刚石磨粒进行简化，基于虚拟格子法建立了多磨粒位姿随机分布的微段金刚石线模型。基于DEFORM-3D仿真分析软件进行有限元仿真实验，研究多线磨削加工走丝速度、磨削深度、金刚石线直径（对应不同粒径金刚石颗粒）、横向摆动速度等对磨削力及磨削力比的影响规律。针对多线磨削机床中的驱动装置和排线

4、装置设计了控制系统，对差动式张力传感器、张紧机构、自动排线机构进行选型和构型设计。多线磨削可用于加工平面、台阶轴、简单曲面等，实现超宽重载加工，为超硬材料加工提供了新思路和新方法，具有广阔的应用前景。关键词：多线磨削，陶瓷，磨削力，拓扑优化，Deform-3DIABSTRACTSuper-hardmaterialshavebeenwidelyusedinthefieldsofinformation,mining,aviationduetoitsuniquephysicochemicalproperties,buttheproces

5、singismoredifficulttolimitthefurtherdevelopment.Itisurgenttosolvetheproblemofhighefficientprocessingofhard-brittlematerials.Inresponsetotheseproblems,thispaperproposesanewmulti-wiregrindingprocessing.Multiwiregrindingformawirebeltwithafixedabrasivediamondwireinthespac

6、eandformawirebeltunderthesupportoftheauxiliarymechanismorundertheactionofitself,soastomakecontactandrelativemovementbetweenthewirebeltandtheprocessedparts,andachieveacontinuousgrinding.Thismethodincreasestheprocessingmethodofhardandbrittlematerials,andprovidesnewtheor

7、iesandnewideasfortheprocessingofsuperhardmaterials.Multi-wiregrindinghasmanyadvantages,goodheatdissipation,noteasytoblockthecutter,highprocessingefficiency,lowcostandotheradvantageswithgreatresearchprospects.Maincontentsofthefulltextareasfollows:Basedontheresearchstat

8、usofmulti-wirecuttingandgrindingprocessing,thispaperdesignmulti-wiregrindingmachinetoolincludinggrindingsystem,coolingsystem