磨削花岗石过程中钎焊金刚石磨损特征分析

通过跟踪测量金刚石磨粒出露高度及其磨损状态比例,分析钎焊金刚石在磨削花岗石过程中的磨损特征,利用三明治热电偶法测量工具-工件接触区的工件表面温度.结果表明,在所试验的钎焊工具中,金刚石磨粒主要以破碎磨损为主,约有44%的磨粒直接从完整状态产生台阶式宏观破碎,磨粒的宏观破碎均发生于磨粒与结合剂的结合部.磨削过程中工具-工件接触区的表面温度约为480 ℃,该温度不足以使金刚石磨粒产生石墨化.钎焊金刚石磨粒的出露高度越高,磨粒所承受的弯矩越大,弯矩增加以及工件对磨粒的剪切力是导致金刚石磨粒产生结合部破碎的主要原因.     

金刚石砂轮与花岗石摩擦界面能量传输特征的实验研究

研究了金刚石砂轮磨削过程中金刚石与花岗石摩擦界面的能量传输特征。用光纤辅助双色红外探测仪和三明治薄膜热电偶同时测量了磨削弧区的温度响应。通过将试验结果与解析结果进行拟合得到了传入工件的能量和传入工具的能量百分比。结果表明：用2种测温方法所得到的热量传输比例完全一致;在干磨削花岗石过程中,在摩擦界面上有60％－70％的能量传入金刚石砂轮。     

锯切过程中花岗石与金刚石间的摩擦效应

通过测量锯切力和计算锯切比能,获得了多种条件下的比能与单颗磨粒平均载荷的试验,从能量角度探讨了花岗石的锯石的锯切机理,并建立了单颗磨粒平均载荷与磨粒纵向切削面积平均值之间,单位宽度功率消耗与滑擦面积之间的对应关系。结果表明,锯切过程中能量主要消耗于花岗石与金刚石间的摩擦,由于单颗磨粒向切削面积平均值同时包含了磨粒切削深度与弧长的影响,更适用于描述锯切过程。锯切中锯切深度和材料去除率等因素的影响均可     

单晶硅高速磨削亚表层损伤机制的分子动力学仿真研究

运用分子动力学仿真模拟高速磨削下单颗金刚石磨粒切削单晶硅的过程,通过分析切屑、相变、位错运动并结合工件表面积的演变规律研究磨削速度对亚表层损伤和磨削表面完整性的影响.仿真结果显示:磨削速度的增大会加剧磨粒前端材料的堆积,超过200 m/s后增加不再明显.而加工区域的平均温度通过原子之间的挤压和摩擦会不断增大.在磨削温度、磨削力以及粘附效应的相互作用下,摩擦系数先增大后减小.晶格的变形、晶格重构和非晶相变导致切屑形成过程中的磨削力剧烈波动.研究结果表明:在加工脆性材料单晶硅过程中,随着磨削速度的升高亚表层损伤厚度先减小后增大.当磨削速度低于150 m/s时,随着磨削速度的升高,磨粒下方的原子晶格重新排列的时间缩短,非晶结构的产生减少,亚表层损伤厚度减小.当磨削速度超过150 m/s时,加工区域中的高温成为主导因素促进位错的成核、运动致使亚表层损伤厚度增大.     

锯切加工中金刚石节块的热磨损及Ti—Cr涂层对热磨损的抑制作用

在锯切花岗石过程中,用三明治薄膜热电偶监测接触界面的温度响应,研究了节块式金刚石工具与花岗石接触界面的温度特征,通过将试验结果与解析结果拟合得到热量传入节块的比例,并在此基础上求解出金刚石磨粒的表面温度.结果表明,在干摩擦下的花岗石锯切过程中,工具与工件接触弧区内90%以上的热量传入金刚石节块,节块表面部分金刚石磨粒的表面温度超过1000℃,金刚石的3种典型失效方式均受到锯切热的直接影响.在金刚石表面镀覆Ti-Cr合金可以有效抑制锯切热引起的磨粒脱落.     

单点修整工具磨损对砂轮磨削表面的影响

在磨削加工过程中,砂轮表面的切削刃分布情况与磨削工件表面特征直接相关,而砂轮表面特征又与修整过程相联系,为研究单点金刚石笔的磨损和修整参数对磨削工件表面的影响,利用数值模拟和试验测量的方法揭示了砂轮修整及磨削过程,在修整重叠率为3时,讨论了修整参数与工件表面形貌特征的关系,并获得金刚石笔的磨损对磨削表面的影响.结果表明:金刚石笔初期修整阶段,磨削工件表面的峰谷分布明显具有规律性,其0.12 mm的变化周期完全为修整导程的复映;金刚石笔磨损后,工件截面曲线特征的规律性减弱,测量的表面粗糙度由0.52μm减小到0.38μm,最后导致工件表面烧伤;若调整修整导程保持原重叠率,则表面粗糙度增大为0.81μm.     

单颗金刚石划擦Ta12W的试验研究

采用单颗钎焊单晶金刚石划擦Ta12W,跟踪观察了金刚石的磨损形貌,测量了划擦过程的力信号以及力比的变化,监测了磨损过程中的声发射信号变化,提取不同磨损阶段的声发射信号,进行频谱和功率谱分析.结果表明:划擦过程中金刚石的磨损可分为初期、稳定和剧烈磨损三个阶段,三个阶段的划擦力和力比明显不同.划擦声发射信号频谱主要分布在0~170 k Hz之间,功率谱峰值主频分布在7.8~27.3 k Hz之间,金刚石磨损的加剧使声发射信号峰值主频由高频向低频趋近,并且功率谱峰值随之增加.     

砂轮约束磨粒喷射加工表面的分形及摩擦特性研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工(Abrasive Jet Precision Finishing,AJF)表面进行分形维数和摩擦磨损特性研究.试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工式样为Ra为0.6μm左右的45#钢.加工表面形貌和微观几何参数用MICROMESVRE2表面轮廓仪测量;应用分形维数和功率谱密度函数评价磨削加工和光整加工表面的微观形貌特征;利用MG-2000型销盘式高速高温摩擦磨损试验机研究表面形貌和分形维数对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:磨粒喷射精密光整加工使工件表面高度特性参数大幅度降低,轮廓波动平均间距减小,波纹细密性提高.随着加工循环的增加,Ra值由0.6μm下降到0.2μm左右.光整加工表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,摩擦磨损试验结果和分形维数变化相吻合.     

二体磨料磨损犁沟及脊的三维有限元动态模拟

选用20#钢、45#钢、T8钢3种材料作为研究对象,利用三维有限元法动态模拟刚性球形磨粒在弹-线塑性平板上的压入-划动过程,所用磨粒半径为0.15mm,试样尺寸为1.2mm×1.2mm×3.0mm,划动距离1.2mm;采用ANSYS/LS-DYNA软件对每种材料在压入深度0.01～0.10mm范围内进行10次动态模拟.为验证模拟的有效性,在改装的HX-200型显微硬度计上进行单磨粒划伤试验,用OLS-1100型非接触式三维激光共聚扫描电子显微镜分析了相应的犁沟和脊.结果表明,模拟结果与试验结果相吻合,能够重现碳钢材料在磨损过程中的塑变行为,进而通过提取犁沟脊表面的节点坐标值,对材料犁沟两边塑变脊进行量化分析,得到脊形貌尺寸随磨粒压入深度、压入宽度和材料性能变化的规律,并建立了适用于碳钢系列材料塑变脊形貌与磨粒压入深度和宽度的关系曲线.     

几种高分子材料的磨粒侵蚀机理

本文采用自行设计制造的磨粒侵蚀试验台对聚氨酯、丁苯橡胶、尼龙6和聚四氟乙烯4种高分子材料的磨粒侵蚀行为进行了试验研究,并且通过扫描电镜对试样磨损表面进行了观察分析,分别提出了这4种高分子材料磨粒侵蚀的物理模型和物理过程,阐明了它们的磨粒侵蚀机理:具有一定动能的固体颗粒对材料表层产生微切削;微观裂纹的萌生与扩展导致材料表层微观剥落;材料的力化学分解和热分解;材料表层局部塑性变形发展成塑性断裂而从表面脱落。     

锯切花岗石过程中金刚石节块磨损特征及影响因素分析

在已有的节块磨损规律的基础上，对锯切花岗石过程中的金刚石及其固位载体－粘合剂的磨损规律进行了研究。通过实验，跟踪观察了不同金刚石节块在各种加工条件下的磨损状态。结果表明；金刚石的工作状态与节块的使用性能有良好的对应关系，金刚石的微破碎和完善晶型比例越高节块耐磨性越好；宏观破碎和脱落比例越高节块耐磨性越差。金刚石的粒度，含量，品级，粘合剂和金刚石的匹配以及锯切用量组合等均明显影响锯切效果。     

Ultrasonic-Assisted Dry Creep-Feed Up-Grinding of Superalloy Inconel738LC

Among many machining methods, grinding is the most applicable one for cutting hard-to-cut materials such as superalloys. In this research, effects of longitudinal ultrasonic vibration of workpiece (Inconel738LC) in dry creep-feed up-grinding process were investigated. Mechanism of abrasive grain and workpiece surface interaction and the consequences have been analyzed both analytically and numerically. Then, the results have been compared with experimental findings. Analytical calculations showed that there is a multiple and discontinuous cutting along the contact zone of grinding wheel and the workpiece when longitudinal ultrasonic vibration is used. Two-dimensional finite element modeling in commercial MSC.Superform software, showed the same behavior and results. Grinding forces are one of the major output parameters for evaluations. It was observed that, application of ultrasonic vibration can decrease grinding forces. A practical decrease of up to 27% of vertical grinding forces and up to 22% of horizontal grinding forces has been achieved when using ultrasonic vibration. Finite-Element analysis has shown a reduction of about 40% of grinding forces compared with ordinary grinding. Probable lower risks of thermal damage even for working under dry conditions can be a big advantage of using ultrasonic with grinding.     

花岗岩晶粒尺寸对岩爆影响的试验研究

为探究晶粒尺寸对硬脆性岩石岩爆的影响，利用真三轴岩爆试验系统，对细中、中粗两种不同晶粒尺寸的含预制圆孔花岗岩开展了岩爆模拟试验。试验结果表明:在相同的加载过程中，细中晶粒花岗岩出现板裂静态脆性破坏，而中粗晶粒花岗岩出现岩爆动力破坏；细中晶粒花岗岩早期声发射活动较弱，大破裂、低主频事件在时空分布上较集中，特征应力较大，而中粗晶粒花岗岩早期声发射活动较活跃，大破裂、低主频事件在时空分布上较离散，特征应力较小，碎屑破碎程度更高。晶粒尺寸对花岗岩的岩爆倾向性具有重要影响，晶粒尺寸较大的硬脆性岩石的岩爆倾向性更强。深部地下岩体工程的岩爆倾向性评价中，除强度和脆性外，晶粒尺寸也是需要考虑的重要因素。     

晃荡液舱内水动冲击力的分段仿射模型

针对舱内晃荡液体与舱壁的相互作用,对舱内水动冲击力的等效力学模型进行了研究。基于混合系统理论,建立了强非线性液体晃荡的等效摆分段仿射模型,重点对矩形液舱的简化等效力学模型进行了分析。利用计算流体动力学软件Flow3D对矩形液舱内的强非线性液体晃荡进行了数值仿真。理论分析表明：分段仿射模型更符合刚性碰撞的假定,可以更有效地描述等效摆和舱壁碰撞时的速度跃变。仿真结果的对比表明：受到激励时,等效摆分段仿射模型所产生的力与Flow3D计算的结果比较接近,利用此模型可以恰当地描述强非线性液体晃荡。     

金刚石锯片在锯切过程中的受力与失效分析

对金刚石锯片在锯切过程中的受力及弧区内直接参与切削的金刚石数量进行了测量和估算,并分析了节块表面抛光和微破碎金刚石比例与锯片寿命和效率之间的关系,结果表明：单颗粒金刚石的受力远低于其静压强度;其低强度失效的原因是锯切过程中金刚石晶体内产生的热应力。     

实时高温作用下花岗岩冲击压缩力学特性研究

为研究实时高温作用对花岗岩冲击力学特性的影响，以川藏铁路色季拉山施工区域加里东期花岗岩为研究对象，利用分离式霍普金森杆（SHPB）及同步箱式电阻炉，对20～800 ℃实时高温下的花岗岩试件进行冲击压缩试验，分析高温作用及加载应变率对试件破碎特征、动态抗压强度及能量吸收情况的影响，基于粉晶X射线衍射分析矿物成分变化与花岗岩动力学强度的内在关联。研究表明:20～400 ℃高温试件以脆性劈裂破坏为主，碎片形态呈纺锤形，两端尖锐，而600 ℃高温试件以塑性破坏为主，形状趋于圆钝；试件峰值应力随温度升高具有先增大后减小的变化趋势，200 ℃时达到强度阈值，随后持续降低；单位体积岩石耗散能与加载应变率呈线性正相关关系，与温度呈二次函数关系，与峰值应力呈指数关系，拟合效果良好；石英、云母和长石三种主要矿物成分的含量波动、相态变化等因素共同导致花岗岩动力学强度在200 ℃后逐步劣化。     

单轴循环冲击下弱风化花岗岩的损伤演化

为研究爆破应力波作用下弱风化花岗岩的力学特性和损伤演化机理，利用直径50 mm的改进分离式Hopkinson压杆装置，开展以不同速度对花岗岩进行单次和等速循环冲击下的实验研究。研究结果表明:单次冲击中，用能量法确定的损伤阈值，可用于循环冲击实验中；不同应变率下弱风化岩石裂纹扩展阶段存在应力松弛平台，且随应变率升高而愈发明显，峰值应力与应变率呈正相关。等速循环冲击中，最大应力、应变与冲击速度呈正相关，与岩样累积冲击总次数呈负相关；损伤演化具有3个阶段呈倒S形，由其构建的双参数损伤演化模型拟合效果理想，且具有物理意义；利用模型中的参数α和β可计算中值点处的损伤度和相对循环次数，且与冲击速度正相关；不同损伤变量计算的损伤演化模型不同，合理定义损伤变量是必要的。     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅰ．制备陶瓷球最佳工艺参数的选择

为了加速航空发动机技术的发展，研制混合式陶瓷轴承是一个值得重视的研究方向。研制这种轴承的关键在于陶瓷球的高效高精度加工。在这方面，常规的磨削加工方法很难满足实用要求。因此，利用一种新的磁流体研磨法加工Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球，首先对这种方法的基本原理与装置和研磨试验条件与方法作了简要阐述，进而通过一系列的试验研究，考察了将Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球毛坯研磨成成品球的研磨效率分别随驱动轴转动速度、加工载荷和磨粒粒径等的变化规律，筛选出磁硫体研磨法加工氮化硅陶瓷球的最佳工艺参数：驱动轴转动速度为５０００ｒ／ｍｉｎ，加工载荷为２Ｎ，磨粒粒径为０．０４ｍｍ，研磨时间为５分钟。研究表明，磁流体研磨法加工陶瓷球的精度高，研磨效率是常规研磨法的近３０倍。研究结果在发展陶瓷材料的工程应用及其摩擦学研究方面，都具有良好的参考价值和实用价值。