加壓內(nèi)冷卻CBN砂輪的研制及其磨削鎳基高溫合金實驗研究.pdf

1、鎳基高溫合金具有優(yōu)良的機械性能，然而作為一種難加工材料，在磨削加工中產(chǎn)生的高磨削熱將引發(fā)工件表層產(chǎn)生磨削燒傷，從而極大地制約零件的磨削效率。為有效控制磨削弧區(qū)溫度，常采用有效的冷卻方式來帶走磨削加工產(chǎn)生的熱量。然而，常規(guī)的冷卻方式雖然能在一定程度上降低磨削弧區(qū)溫度，但都存在冷卻效率低、效果不顯著等局限性。因此設(shè)計開發(fā)出能解決鎳基高溫合金磨削熱難題的磨削冷卻砂輪具有重大的意義。
　　本文將斷續(xù)磨削與加壓內(nèi)冷卻方法結(jié)合，設(shè)計砂輪并對砂

2、輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行強度校核和傳熱分析，確定砂輪結(jié)構(gòu)、傳熱散熱通道，設(shè)計圓周方向磨粒的有序間歇均布排列方式，在砂輪基體內(nèi)部加工出冷卻液型腔和流道，注入加壓冷卻液，利用加壓內(nèi)冷卻方法實現(xiàn)對砂輪磨削的連續(xù)充分冷卻。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，依據(jù)目前國內(nèi)外鎳基高溫合金磨削加工冷卻技術(shù)相關(guān)研究進(jìn)展，對砂輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論方案設(shè)計，確定砂輪基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計加壓內(nèi)冷卻系統(tǒng)反推數(shù)控機床的配套夾具，搭建基于斷續(xù)磨削的加壓內(nèi)冷卻砂輪磨削平臺。
　

3、　其次，根據(jù)砂輪與工件材質(zhì)，利用流體力學(xué)與磨削熱傳導(dǎo)分配情況，計算出理論冷卻所需要的冷卻液流量；結(jié)合砂輪結(jié)構(gòu)，構(gòu)建流體區(qū)域的三維模型，運用ICEM對流域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再導(dǎo)入Fluent中對其進(jìn)行數(shù)值模擬計算，分析流道內(nèi)流體流動的效果，以此為基礎(chǔ)確定流道最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　然后，利用ANSYS Workbench軟件平臺對砂輪基體進(jìn)行有限元分析。其中包括模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、應(yīng)力分析，從而得到砂輪體的固有頻率和振型以及應(yīng)力分布情況。

4、采用有限元分析方法模擬運算，可由此在基體設(shè)計階段避免砂輪在磨削加工過程中發(fā)生共振等破壞，確保設(shè)計與制造砂輪的安全、可靠。
　　最后，通過新型陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪斷續(xù)磨削鎳基高溫合金GH4169的磨削實驗，對比此種新型砂輪在加壓內(nèi)冷卻與外部澆注冷卻條件下的磨削性能，測量不同實驗方案下的磨削溫度、磨削力、粗糙度、表面硬化以及加工表面形貌。實驗結(jié)果表明：在相同的磨削參數(shù)下，加壓內(nèi)冷卻法可比外部澆注法可獲得更低的磨削溫度，獲得更加優(yōu)良的加