CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究

曹桂新 董志国 张泽华 侯张敏

曹桂新, 董志国, 张泽华, 侯张敏. SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(3): 340-347. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0112
引用本文: 曹桂新, 董志国, 张泽华, 侯张敏. SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2023, 43(3): 340-347. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0112
CAO Guixin, DONG Zhiguo, ZHANG Zehua, HOU Zhangmin. Model construction and experimental research on end grinding force of SiCp/Al composites[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(3): 340-347. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0112
Citation: CAO Guixin, DONG Zhiguo, ZHANG Zehua, HOU Zhangmin. Model construction and experimental research on end grinding force of SiCp/Al composites[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2023, 43(3): 340-347. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0112

SiCp/Al复合材料端磨磨削力模型构建与试验研究

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0112
基金项目: 山西省自然科学基金《颗粒增强型复合材料的两相微观结构端面轮廓序列三维模型重构测量系统的开发》(2018-03-421045)
详细信息
    通讯作者:

    董志国,男,1975年生,博士、副教授。主要研究方向:磨料流光整加工。E-mail:dong_zhiguo@126.com

  • 中图分类号: TG58;TG74

Model construction and experimental research on end grinding force of SiCp/Al composites

  • 摘要: 针对SiCp/Al逐层磨削两相三维重构需要精密高效端磨的问题,基于单颗磨粒磨削SiCp/Al的磨削力,在考虑切屑变形力、摩擦力、SiC颗粒断裂破碎力的基础上,建立SiCp/Al的端磨磨削力解析模型,结合试验研究切削速度、工件进给速度和轴向磨削深度等参数对加工表面粗糙度的影响规律,并探讨SiCp/Al金相表面快速磨削的加工工艺。结果表明:构建的端磨磨削力解析模型与试验的法向磨削力Fn的总体平均误差为12.98%,切向磨削力Ft的总体平均误差为3.49%;表面粗糙度随切削速度增大而减小,随进给速度和轴向磨削深度的增大而增大;用磨料颗粒基本尺寸为13.0 μm的磨具,经过6次磨抛获得良好金相表面,所需磨削加工时间为600 s,可实现SiCp/Al金相表面的快速磨削。

     

  • 图  1  端磨示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of end grinding

    图  2  工具与工件的磨削接触区

    Figure  2.  Grinding contact zone between grinding wheel and workpiece

    图  3  加工试验装置

    Figure  3.  Processing test device

    图  4  磨削力随切削速度变化的关系

    Figure  4.  Relationship between grinding force and cutting speed

    图  5  磨削力随进给速度变化的关系

    Figure  5.  The relation between grinding force and feed speed

    图  6  磨削力随轴向磨削深度变化的关系

    Figure  6.  The relationship between tangential grinding force and axial grinding depth

    图  7  表面粗糙度

    Figure  7.  Surface roughness

    图  8  工件表面形貌图

    Figure  8.  Surface topography of the workpiece

    图  9  加工试验结果

    Figure  9.  Machining test results

    图  10  工件金相表面

    Figure  10.  Metallographic surface of workpiece

    表  1  系数确定用试验参数

    Table  1.   Test parameters for coefficient determination

    编号切削速度
    vs / (mm·s−1)
    进给速度
    vw / (mm·s−1)
    径向磨削深度
    ap / mm
    轴向磨削深度
    b / mm
    11 253.460.0330.005
    21 253.460.0530.008
    33 313.650.0530.008
    43 313.650.0330.008
    下载: 导出CSV

    表  2  davvw对应表

    Table  2.   dav and vw corresponding table

    vw / (mm·s−1)0.020.030.040.05
    dav / mm5.9945.9915.9885.985
    下载: 导出CSV

    表  3  各试验系数参数值

    Table  3.   Parameter values of each test coefficient

    系数数值
    K12.735 291 788 × 107
    K26.516 577 4 × 107
    K34.055 336 × 106
    K432.68
    K55.888 781 × 106
    K6'1.118 88 × 107
    K7'3.164 09 × 107
    下载: 导出CSV

    表  4  试验参数

    Table  4.   Test parameters

    编号切削速度
    vs / (mm·s−1)
    进给速度
    vw / (mm·s−1)
    轴向磨削深度
    b / mm
    径向磨削深度
    ap / mm
    11 253.460.050.0053
    21 880.190.050.0053
    32 506.920.050.0053
    43 313.650.050.0053
    51 253.460.020.0053
    61 253.460.030.0053
    71.253.460.040.0053
    81 253.460.050.0053
    91 253.460.050.0043
    101.253.460.050.0063
    111 253.460.050.0083
    121 253.460.050.003
    下载: 导出CSV
  • [1] DILLIO A, PAOLETTI A, ADDONA D D. Characterization and modelling of the grinding process of metal matrix composite [J]. CIRP Annals,2009,58(1):291-294. doi: 10.1016/j.cirp.2009.03.023
    [2] 都金光. SiC颗粒增强铝基复合材料铣磨加工及其关键技术研究 [D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014

    DU Jinguang. Research on milling and grinding of SiC particle reinforced aluminum matrix composites and its key technologies [D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2014.
    [3] 李德溥, 李志奎. 颗粒增强铝基复合材料磨削加工表面质量与磨削力研究 [J]. 现代制造工程,2009(9):93-95. doi: 10.3969/j.issn.1671-3133.2009.09.025

    LI Depu, LI Zhikui. Study on surface quality and grinding force of particle reinforced aluminum matrix composites grinding [J]. Modern Manufacturing Engineering,2009(9):93-95. doi: 10.3969/j.issn.1671-3133.2009.09.025
    [4] 李德溥. SiC颗粒增强铝基复合材料磨削中砂轮磨损与加工质量研究 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2009(3):77-80. doi: 10.3969/j.issn.1006-852X.2009.03.018

    LI Depu. Research on grinding wheel wear and machining quality in grinding of SiC particle reinforced aluminum matrix composites [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2009(3):77-80. doi: 10.3969/j.issn.1006-852X.2009.03.018
    [5] 刘江省, 李德溥, 姚英学. 电镀金刚石砂轮端面磨削Al2024/SiCp试验研究 [J]. 现代制造工程,2008(9):92-95. doi: 10.3969/j.issn.1671-3133.2008.09.028

    LIU Jiangsheng, LI Depu, YAO Yingxue. Experimental research on Al2024/SiCp face grinding with electroplated diamond grinding wheel [J]. Modern Manufacturing Engineering,2008(9):92-95. doi: 10.3969/j.issn.1671-3133.2008.09.028
    [6] 马尔金. 磨削技术理论与应用 [M]. 沈阳: 东北大学出版社, 2002.

    MALKIN. Theory and application of grinding technology [M]. Shenyang: Northeastern University Press, 2002.
    [7] 任敬心, 华定安. 磨削原理 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2011.

    REN Jingxin, HUA Dingan. Grinding principle [M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2011.
    [8] DURGUMAHANTI U, SINGH V, RAO P V. A new model for grinding force prediction and analysis [J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture,2010,50(3):231-240. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2009.12.004
    [9] SIKDER S, KISHAWY H A. Analytical model for force prediction when machining metal matrix composite [J]. International Journal of Mechanical Sciences,2012,59:95-103. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2012.03.010
    [10] 张红哲, 张旭, 朱晓春, 等. 基于单颗磨粒划切试验的SiCp/Al复合材料表面去除机理研究 [J]. 浙江大学学报 (工学版),2022,56(2):388-397. doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.020

    ZHANG Hongzhe, ZHANG Xu, ZHU Xiaochun, et al. Surface removal mechanism of SiCp/Al composites based on single abrasive particle cutting test [J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science),2022,56(2):388-397. doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.02.020
    [11] 王逸轩, 李勋, 柏帆. SiCp/Al复合材料内螺纹螺旋磨削加工方法研究 [J]. 航空制造技术,2018,61(Z1):88-92. doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2018.01/02.088

    WANG Yixuan, LI Xun, BAI Fan. Research on SiCp/Al composite internal thread spiral grinding method [J]. Aviation Manufacturing Technology,2018,61(Z1):88-92. doi: 10.16080/j.issn1671-833x.2018.01/02.088
  • 加载中
图(10) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  655
  • HTML全文浏览量:  245
  • PDF下载量:  77
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-18
  • 修回日期:  2022-09-07
  • 录用日期:  2022-09-16
  • 刊出日期:  2023-06-20

目录

    /

    返回文章
    返回