高硬度球面磨削形狀精度及表面質量研究.pdf

1、硬密封球閥廣泛應用于石油、煤化工、核電等重要工業(yè)領域，由于工況惡劣，要求這些球閥具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕和耐磨損等優(yōu)良特性。為適應苛刻的工作環(huán)境，硬密封球閥的關鍵部件球體必須具有很高的表面硬度(HRC≥60)，球度誤差SФ≤0.02 mm(DN≤12in)，表面粗糙度Ra≤0.2μm。為達到較高的表面硬度，常在球體上噴涂WC、Ni60和STL20等高硬度材料，噴涂涂層厚度為0.4～0.6 mm。噴涂高硬度涂層后，球體進行磨削加工，使其

2、滿足形狀精度和表面粗糙度要求。為提高高硬度球面磨削加工質量，本文首先研究了無擺動式和擺動式球面磨床誤差對球度誤差的影響，然后分析了工件表面粗糙度與表面紋理，其次研究了高硬度球面磨削過程中的表面損傷，最后利用NSGA-Ⅱ遺傳算法優(yōu)化了高硬度球面磨削的工藝參數(shù)。
　　無擺動式球面磨床磨削球面過程中，砂輪回轉軸線與球體球心之間的垂直豎向誤差會使磨削后的球面呈現(xiàn)中間低兩邊高的“中凹”形，針對“中凹”形球面形狀誤差，在擺動式球面磨床基礎上，

3、提出變進給球面磨削方法，該方法可使球度誤差減小到11μm。擺動式球面磨床磨削球面過程中，回轉軸和球心之間的水平縱向誤差會使磨削后的球面呈現(xiàn)中間高兩邊低的“中凸”形，針對“中凸”形球面形狀誤差，提出退讓式球面磨削方法，該方法可使球度誤差減小到9μm。
　　采用坐標變換法分別建立了無擺動式和擺動式球面磨削的表面紋理模型，對表面紋理進行仿真，分析了切削參數(shù)對表面紋理和表面粗糙度的影響，并通過表面粗糙度實驗驗證建模與仿真結果。仿真與實驗結

4、果表明：無擺動式球面磨削中為提高軌跡線密度和減小表面粗糙度，應使磨削主速比k(k=ns/nw)不為整數(shù)，軌跡線密度隨k的增大而增大，表面粗糙度隨k的增大而減小。擺動式球面磨削中當磨削主速比k為Zk+0.5(Zk為整數(shù))時，兩個方向的磨削條紋交叉，且深淺一致，磨削表面粗糙度最小。
　　針對高硬度球面磨削過程中大量出現(xiàn)的球面劃傷，提出采用基于動態(tài)磨削力閾值的模糊自適應控制策略控制高硬度球面磨削過程，避免了球面劃傷。利用SEM研究了工件

5、表面磨削燒傷與裂紋，分析了工藝參數(shù)對磨削燒傷和裂紋的影響。實驗中工件材料以脆性斷裂為主去除，工件表面沒有大而長的宏觀裂紋，但有不少顯微裂紋。利用X射線應力測定儀測量了工件表面的殘余應力，測量結果表明工件表面均為殘余壓應力，其大小在300～500 MPa之間，對球體的使用是有益的。
　　以材料去除率最大和表面粗糙度最小為目標，以ns、nw、ap和vb為變量，采用NSGA-Ⅱ遺傳算法優(yōu)化了高硬度球面的磨削工藝參數(shù)，與正交實驗優(yōu)化結果對