CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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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
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    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
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出版历程
  • 录用日期:  2022-03-14
  • 收稿日期:  2021-12-03
  • 修回日期:  2022-03-11
  • 网络出版日期:  2022-07-13

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