基于SPH方法的单颗金刚石磨粒磨削光学玻璃数值仿真.pdf

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1、第9期组合机床与自动化加工技术No．92015年9月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueSept．2015文章编号：1001—2265(2015)09—0031—03DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．09．009基于SPH方法的单颗金刚石磨粒磨削光学玻璃数值仿真杜振良，林建中，卞真玉(上海理工大学机械工程学院，上海200093)摘要：采用光滑质点流体动力学(SPH)方法，将金刚石磨粒简化为带有尖端圆弧的圆锥，对单颗金刚石磨粒在不同切削速度下切削光学玻璃的过程进行了三维数值仿真。仿真结果

2、表明使用SPH方法可以很好地模拟脆性材料被切削过程的本构行为。通过分析单层SPH粒子被磨粒切削的过程，还原了工件整体被磨削的宏观过程；通过分析切削速度对单颗磨粒切削形成沟槽的形状以及工件残余应力的影响，得出当切削深度一定时，提高的切削速度可获得更大的材料去除率以及更好的光学玻璃磨削表面的结论。关键词：光滑质点流体动力学方法；单颗磨粒；光学玻璃；数值仿真中图分类号：TH142；TG506文献标识码：ANumeralSimulationofSingleDiamondGrainCuttingofOpticalGlassBaseOilSPHMethodDUZhen—liang，LINJ

3、ian-zhong，BIANZhen-yu(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：BasedonSPH(smoothedparticlehydrodynamics)method，the3Dnumeralsimulationofsingledi—amondgraincuringofopticalglassunderdifferentcuttingspeedswascarriedoutbysimpfifyingdi

4、amondgrainascomshapewithdparc．ThesimulationresultsshowsthattheconstitutivebehaviorofbrittlematerialsduringcuttingprocesscanbeproperlysimulatedbyusingSPHmethod．ByanalyzingthecuttingprocessofsinglelayerSPHparticles，themacroscopicprocessofgrindingwasillustrated．Bycomparingtheslotdimen—sionsandr

5、esidualstressafterthecuttingprocess，itisconcludedthatwi山specifiedcuttingdepth，greaterma—terialremovalrateandbetteropticalglassgrindingsurfaceCanbeachievedbyincreasingcuttingspeed．Keywords：smoothedparticlehydrodynamics(SPH)method；singlegrain；opticalglass；numeralsimula-tion溶于电解液内，使磨粒不断露出，对工件直接

6、进行磨O引言削。为了达到超精密磨削，ELID磨削通常使用粒度很随着科学技术的发展，光学玻璃被越来越广泛地大的砂轮，其磨粒平均粒径0．m～2m，有的甚至运用在激光技术，光电通讯、航空航天以及国防工业等使用粒径更小的砂轮。领域。但是作为典型的硬脆材料，其运用普通磨削方由于磨削是一个十分复杂的过程，通常是以单颗法磨削这些材料时，表面极易产生裂纹，以及发生脆性磨粒为手段，用规则的磨粒对材料进行压痕试验，划擦破坏，使表面质量难以达到高精度。近些年ELID在或磨削试验来研究。随着有限元技术的不断发展，线电解修锐技术的成熟，使其在硬脆材料的超精密磨其在切削机理的研究中已经成为一个重要的手段引

7、。削加工方面被广泛运用⋯。有别于普通精密磨削通过但是光学玻璃是一种典型的脆性材料，在模拟其破坏精细修整，使单个磨粒露出许多等高微刃，对工件进行过程时，由于有限元方法依赖于网格，不适合处理与原切削，ELID磨削使用具有良好导电性和电解性能砂轮网格线不相符的不连续问题。有限元方法处理不连续结合剂的砂轮，在磨削进行时，砂轮结合剂被不断电解的问题时，需要在每一步重新划分网格，以使网格线在收稿日期：2014—11—28；修回日期：2014—12—12基金项目：国家科技重大专项(2O11zxo40o4—