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

随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究

石兴泰 郭磊 刘晓辉 靳淇超 陈瑱贤 吕景祥 王家庆

石兴泰, 郭磊, 刘晓辉, 靳淇超, 陈瑱贤, 吕景祥, 王家庆. 随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(3): 275-282. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0210
引用本文: 石兴泰, 郭磊, 刘晓辉, 靳淇超, 陈瑱贤, 吕景祥, 王家庆. 随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(3): 275-282. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0210
SHI Xingtai, GUO Lei, LIU Xiaohui, JIN Qichao, CHEN Zhenxian, LÜ Jingxiang, WANG Jiaqing. Study on machining performance of fixed-abrasive lap-grinding plate with random grid structure[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(3): 275-282. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0210
Citation: SHI Xingtai, GUO Lei, LIU Xiaohui, JIN Qichao, CHEN Zhenxian, LÜ Jingxiang, WANG Jiaqing. Study on machining performance of fixed-abrasive lap-grinding plate with random grid structure[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(3): 275-282. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0210

随机网格结构固结磨料磨盘平面磨削性能研究

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0210
基金项目: 国家自然科学基金(51805044);中国博士后科学基金(2020M673318);重庆大学机械传动国家重点实验室开放课题(SKLMT-MSKFKT-202006)。
详细信息
    作者简介:

    通信作者:郭磊,男,1986年生,博士、副教授、硕士生导师。主要研究方向:智能与先进制造技术。E-mail:lguo@chd.edu.cn

  • 中图分类号: TG74

Study on machining performance of fixed-abrasive lap-grinding plate with random grid structure

  • 摘要: 针对超精密磨削加工过程对工件材料去除效率、表面质量、亚表面损伤等指标的复合需求,提出一种基于泰勒多边形设计的随机网格结构固结磨料磨盘(textured-fixed abrasive plate, T-FAP),并以光固化树脂作为结合剂基体材料混合微米级氧化铝磨料制备磨盘,使用MATLAB图像分析和磨抛轨迹仿真方法研究磨盘磨削过程中表面磨损时变图案特征对其加工性能的影响,并通过铝制工件的平面磨削实验对磨盘磨削过程中的材料去除率及工件表面粗糙度进行分析。实验结果表明:相比传统固结磨料磨盘,采用随机网格结构磨盘加工的工件表面粗糙度为0.84 μm,材料去除率为3.21 μm/min,能够在保证材料去除率的同时获得较高的表面精度。

     

  • 图  1  自然界中的泰森多边形

    Figure  1.  Tyson polygons in nature

    图  2  3D Max中的磨盘建模流程

    Figure  2.  Modeling process in 3D Max

    图  3  随机网格结构磨盘3D Max模型

    Figure  3.  3D Max model of the T-FAP

    图  4  不同磨料浓度的树脂基体固化试样

    Figure  4.  Cured samples of resin matrix with different abrasive concentrations

    图  5  随机网格结构平面磨盘

    Figure  5.  Fixed-abrasive lap-grinding plate with random grid structure

    图  6  平面磨削加工过程示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of lap-grinding process

    图  7  平面磨削加工过程轨迹分析

    Figure  7.  Trajectory analysis of the lap-grinding process

    图  8  不同表面图案特征的T-FAP

    Figure  8.  T-FAP in different surface patterns

    图  9  T-FAP 05磨盘逐层截面磨粒轨迹面积比

    Figure  9.  Area ratio by abrasive grain trajectory in different layer of T-FAP 05

    图  10  T-FAP 05逐层截面图案特征叠加

    Figure  10.  Stacking of T-FAP 05 surface pattern images

    图  11  双面研磨机

    Figure  11.  Double side lap-grinding machine

    图  12  磨盘和工件

    Figure  12.  Lap-grinding plate and workpieces

    图  13  表面粗糙度测量设备

    Figure  13.  Surface roughness measuring set-up

    图  14  不同转速下表面粗糙度与材料去除率

    Figure  14.  Surface roughness and material removal rate at different rotating speeds

    图  15  不同磨削液浓度下表面粗糙度与材料去除率

    Figure  15.  Surface roughness and material removal rate with different abrasive concentrations

    图  16  不同磨削压力下表面粗糙度与材料去除率

    Figure  16.  Surface roughness and material removal rate under different grinding pressures

    图  17  不同磨料面积比下表面粗糙度与材料去除率

    Figure  17.  Surface roughness and material removal rate with different abrasive area ratios

    图  18  磨削前后工件表面对比图

    Figure  18.  Comparison of workpiece surface before and after grinding

    表  1  3D Max中磨盘建模参数

    Table  1.   Modeling parameters of the lap-grinding plate in 3D Max

    参数数值
    半径1 r1 / mm130
    半径2 r2 / mm60
    高度 h / mm10
    随机点数量 n8 000
    随机种子数量 n010
    壳内部量 nin0
    壳外部量 nout1
    网格平滑度 f1
    下载: 导出CSV

    表  2  LCD光固化打印机与树脂材料参数

    Table  2.   LCD Light-curing 3D printer and resin material characteristics

    参数数值或类型
    打印层厚度 d / mm0.01~0.20
    打印速度 v / (mm·h−1)20
    额定功率 P / W50
    固化光源LCD紫外光
    材料固化密度 ρ / (g·cm−3)1.05~1.25
    材料固化波长 λ / nm355~410
    材料固化硬度 H80 D
    材料固化收缩率 β / %3.72~4.24
    下载: 导出CSV

    表  3  不同磨盘磨粒轨迹所形成的面积占比

    Table  3.   Area ratio by abrasive grain trajectory of different lap-grinding plates

    名称轨迹面积比 S / %
    T-FAP 0133.702
    T-FAP 0236.003
    T-FAP 0330.735
    T-FAP 0443.293
    下载: 导出CSV

    表  4  磨削实验参数表

    Table  4.   Parameters of lap-grinding experiment

    因素水平
    电机转速 n / (r·min−1)300600900
    磨削液浓度 c / %0.91.21.5
    磨削压力 F / N788184
    磨盘有效面积比 α / %725463
    下载: 导出CSV
  • [1] TAWAKOLI T, AZARHOUSHANG B. Influence of ultrasonic vibrations on dry grinding of soft steel [J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture: Design, Research and Application,2008,48(14):1585-1591.
    [2] HASHIMOTO F, SILVA E J, GUO C, et al. Industrial challenges in grinding [J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology,2009,58(2):663-680. doi: 10.1016/j.cirp.2009.09.006
    [3] BRINKSMEIER E, MUTLUGUNES Y, KLOCKE F, et al. Ultra-precision grinding [J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology,2010,59(2):652-671. doi: 10.1016/j.cirp.2010.05.001
    [4] TAWAKOLI T, AZARHOUSHANG B. Intermittent grinding of ceramic matrix composites (CMCs) utilizing a developed segmented wheel [J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture,2011,51(2):112-119. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2010.11.002
    [5] LEE K W, WONG P K, ZHANG J H. Study on the grinding of advanced ceramics with slotted diamond wheels [J]. Journal of Materials Processing Technology,2000,100(1):230-235.
    [6] 杨张一. 开槽冰冻固结磨料抛光垫的抛光性能研究 [D]. 南京: 南京航空航天大学, 2013.

    YANG Zhangyi. Study on polishing performance of ice fixed abrasive polishing pad with grooves [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2013.
    [7] TSAI M Y, WANG S M, TSAI C C, et al. Investigation of increased removal rate during polishing of single-crystal silicon carbide [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2015,80(9/10/11/12):1511-1520. doi: 10.1007/s00170-015-7023-4
    [8] FANG C F, ZHAO Z X, LU L Y, et al. Influence of fixed abrasive configuration on the polishing process of silicon wafers [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2017,88(1/2/3/4):575-584. doi: 10.1007/s00170-016-8808-9
    [9] FANG C F, ZHAO Z X, HU Z W. Pattern optimization for phyllotactic fixed abrasive pads based on the trajectory method [J]. IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing,2017,30(1):78-85. doi: 10.1109/TSM.2016.2637058
    [10] FANG C F, YAN Z, HU Z W, et al. Pattern design of fixed abrasive pads inspired by the bee colony theory [J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2018,97(5/6/7/8):2563-2574. doi: 10.1007/s00170-018-2114-7
    [11] 林魁. 固结磨料研磨抛光垫的性能评价及自修整机理的研究 [D]. 南京: 南京航空航天大学, 2010.

    LIN Kui. Performance evaluation and self-conditioning of fixed-abrasive pad [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2010.
  • 加载中
图(18) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  595
  • HTML全文浏览量:  308
  • PDF下载量:  46
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-03
  • 修回日期:  2022-03-11
  • 录用日期:  2022-03-14
  • 网络出版日期:  2022-07-13
  • 刊出日期:  2022-07-13

目录

    /

    返回文章
    返回