基于分形理論花崗石異型面高效磨削關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、花崗石異型制品以其精美的外形、華貴典雅的色調(diào)以及耐磨損、耐腐蝕等穩(wěn)定的物理化學性能，使其在建筑裝修、工藝藝術(shù)、生活器具、精密機床等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并向著高檔化、藝術(shù)化、精密化方向發(fā)展。新興的花崗石裝飾產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計產(chǎn)業(yè)更是以花崗石異型制品加工為基礎(chǔ)，因此，花崗石異型制品的社會需求量越來越大，對花崗石異型制品的加工質(zhì)量和產(chǎn)品附加值的要求越來越高。針對我國花崗石異型制品生產(chǎn)加工現(xiàn)狀和國內(nèi)外研究熱點，提出了基于分形理論研究花崗石異型面高效磨

2、削關(guān)鍵技術(shù)的研究方向。本文從實現(xiàn)高效加工的設(shè)備、刀具、材料、工藝等基礎(chǔ)手段入手，建立了花崗石異型面高效磨削加工關(guān)鍵技術(shù)體系，完善了高效加工的定義和理論判據(jù)，用分形幾何的觀點對花崗石異型面的磨削加工機理作了理論分析，研究了加工過程的分形特征，建立了相關(guān)分形模型，并通過實驗研究了這些分形特征與加工工藝、效率之間的關(guān)系。
　　通過分析金剛石單磨粒磨痕、花崗石材料的裂紋擴展和礦物晶體斷裂的分形特征，研究了花崗石異型面的分形斷裂去除機理。花

3、崗石異型面一般采用結(jié)塊式金剛石成型刀具加工，通過分析花崗石異型面的磨削過程和金剛石成型刀具特點，建立了金剛石單磨粒磨痕曲線模型，分析了其幾何角度和去除材料體積的變化，研究了其分形特性，理論推導(dǎo)了磨痕分形曲線弧長和分形維數(shù)。通過對花崗石材料斷裂去除過程的分析，分別建立了花崗石材料的裂紋擴展和礦物晶體斷裂的分形模型，對花崗石材料的去除機理進行了分形研究。
　　通過實驗研究建立了磨削力分形維數(shù)與工藝參數(shù)之間的數(shù)學模型?；◢徥愋兔娴募庸?/p>

4、屬于斷續(xù)磨削加工，其磨削力大小變化很大，其動態(tài)特性具有分形規(guī)律。通過建立金剛石單磨粒受力模型，推導(dǎo)了切向力、法向力和軸向力的關(guān)系式，分析了其大小和方向的變化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)建立了金剛石成型結(jié)塊的受力模型，分析了結(jié)塊受力的分形特征，確定了磨削力分形維數(shù)的計算方法?；谡粚嶒炘O(shè)計法對磨削加工五蓮紅花崗石1/4圓弧異型面的磨削力及其分形維數(shù)的規(guī)律進行了實驗研究。分別選擇切削速度、進給速度和背吃刀量為三個因素，每個因素各取四個水平，建立了三因

5、素四水平正交表，對其沿三個坐標軸方向的磨削力進行測量。對磨削力測量結(jié)果分別進行極差分析、方差分析和多元回歸分析，建立了磨削力與工藝參數(shù)的數(shù)學模型。對磨削力的動態(tài)變化特性用磨削力分形維數(shù)評價，分別計算出不同工藝參數(shù)下的磨削力分維，建立磨削力分維與工藝參數(shù)之間的數(shù)學模型，并對磨削力與磨削力分維之間的關(guān)系進行了分析研究，確定了兩者之間的線性函數(shù)關(guān)系，即磨削力越大，磨削力分維也越大，磨削力動態(tài)變化愈大；磨削力越小，磨削力分維也越小，磨削力動態(tài)變

6、化小。
　　建立了以材料去除率和磨削力分形維數(shù)為評價指標的高效工藝參數(shù)優(yōu)化模型。采用田口方法，以材料去除率為望大特性，磨削力分維為望小特性，分別計算出不同工藝參數(shù)下材料去除率和磨削力分維的信噪比S/N，作出信噪比和均值的主效應(yīng)圖，優(yōu)化得出最佳工藝參數(shù)組合，并對優(yōu)化結(jié)果進行了實驗驗證。
　　建立了磨屑塊度分形模型，并基于磨屑塊度分形維數(shù)對花崗石異型面可磨削加工性進行了評價和分級預(yù)測研究。通過分析花崗石異型面的材料斷裂破碎成屑的

7、過程，建立了平面和三維空間破碎模型，分析其分形破碎特性。通過二次響應(yīng)面法實驗，研究了磨屑塊度分形維數(shù)與工藝參數(shù)的關(guān)系，對影響磨屑塊度分維因素的金剛石成型刀具、夾具、工藝參數(shù)、冷卻液、花崗石材料等進行了分析。選擇SiO2、石英、肖氏硬度、密度、抗壓強度、抗彎強度和耐磨率等七個對花崗石可磨削加工性有影響的指標，采用三角模糊數(shù)TOPSIS分析方法對十種典型花崗石材料的可磨削加工性進行了分級研究，然后通過磨削加工1/4圓弧異型面進行實驗分析和驗

8、證，選擇Y方向磨削力和磨屑塊度分形維數(shù)為評價指標。對實驗結(jié)果分別進行單因素分析和多因素綜合分析，采用線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)建立磨屑塊度分維與花崗石性能指標之間的評價模型，基于磨屑塊度分維建立了花崗石可磨削加工性的分級標準，并對實驗的十種花崗石材料進行了可磨削加工性分級，實驗結(jié)果與FAHP-TOPSIS的分析結(jié)論基本一致。
　　本文研究旨在提高花崗石異型制品的加工效率，降低生產(chǎn)成本，其研究成果對生產(chǎn)加工具有理論和實踐指導(dǎo)意義，