２０１６年４月第４０卷第４期 Vol．４０No．４A p r．２０１６
DOI :１０．１１９７３/j x g ccl２０１６０４０１１
收稿日期:２０１５-０６-０３;修订日期:２０１６-０２-２２
基金项目:国家自然科学基金面上资助项目(５１４７５３１０);上海市自然科学基金资助项目(１３ZR１４２８０００)
作者简介:李厦(１９６９－)
,男,辽宁铁岭人,讲师,博士.轴向超声辅助磨削陶瓷的磨削力模型
李厦,臧瑞,钞俊闯
(上海理工大学机械工程学院,上海２０００９３)
摘 要:基于单颗磨粒的最大未变形切屑厚度,
建立了轴向超声振动辅助陶瓷磨削的磨削力数学模型,模拟得到了不同磨削深度二砂轮线速度和工件运动速度下的磨削力并进行了试验验证.结果表明:法向磨削力的计算值与试验值的误差为１５％左右,切向磨削力的计算值与试验值的误差
为２０％左右;由于前后磨粒的运动轨迹会存在重合,模型计算的磨削力比试验值大;磨削力随着砂轮边缘速度的增加而减小,随着磨削深度和工件速度的增加而增大.
关键词:轴向超声辅助磨削;
陶瓷;磨削力;模型中图分类号:TG５８０．６ 文献标志码:A 文章编号:１０００-３７３８(２０１６)０４-００４３-０５
Grindin g Force Model for the Axial Ultrasonic Assisted Ceramic Grindin g
LI Sha ,ZANG Rui ,CHAO Jun-chuan g
(School of Mechanical En g ineerin g ,Universit y of Shan g hai for Science and Technolo gy ,Shan g hai ２０００９３,China )Abstract :Based on the maximum non-deformed chi p thickness of the sin g le abrasive p article ,the g rindin g
force mathematical model of the axial ultrasonic vibration assisted ceramic g rindin g was established．The simulated
g rindin g forces were obtained with different cut de p ths ,wheel linear s p eeds and work p iece s p eeds and verified b y the ex p eriments．The results show that the error between the calculated and ex p erimental values was about １５％of the
normal forces and ２０％of the axial forces．The g rindin g forces b y calculation were hi g her than those of ex p eriments due to the tra j ector y overla p s of the front and back abrasive p articles．The g rindin g force decreased with the wheel
ed g e s p eed increase ,and increased with the increase of the cut de p th and work p iece s p eed．
Ke y words :axial ultrasonic assisted g rindin g ;ceramic ;g rindin g force ;model
０ 引 言
工程陶瓷具有高强度二高硬度二耐高温二耐磨损二耐腐蚀等优良性能,广泛应用于航空航天二电器电子二汽车等领域.但工程陶瓷的机械加工非常困难,
目前主要的加工方法是磨削加工[１]
.然而,在普通
磨削过程中会产生较大的磨削力和大量磨削热,导致工件表面加工精度以及砂轮使用寿命的降低.近期研究表明,超声辅助磨削可以增大陶瓷材料的临界切削厚度,实现其更大的延性域加工,从而减小磨削过程中的磨削力,降低工件的表面粗糙度,提高工
件加工质量[
２]
.研究超声辅助陶瓷磨削时磨削力的大小及形成机理并建立数学模型,有助于深入理解磨削机理,提高磨削质量.谢桂芝等基于高速深磨磨削机理以及陶瓷材料损伤机理,建立了普通磨削下的延性域和
脆性域磨削力数学解析模型[３]
;张洪丽等通过引入
单位磨削力,结合单颗磨粒运动轨迹分析以及切削厚度,建立了金属的切向单颗磨粒动态切削力以及
平均切削力数学模型[４]
;赵波等对二维超声下的陶
瓷磨削力进行研究,并与普通磨削下的进行了对比分析,发现二维超声能够扩大陶瓷的塑性域加工范
围,提高表面加工质量[５]
;Azarhoushan g 等研究发现超声振动能有效降低磨削力,增大磨削力比[６]
;A g arwal 等基于最大未变形切屑厚度,
建立了陶瓷磨削时的磨削力以及磨削功率数学模型[
７]
.然而,有关轴向超声辅助陶瓷磨削的磨削力数学模型的研究甚少.为此,作者在轴向超声磨削机理以及陶瓷
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