超声辅助砂带磨削铝合金仿真与实验研究

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砂带磨削是将磨削与抛光相结合的新型技术,具有弹性磨削、高效、成本低等特点。但使用砂带磨削塑性大的金属塑性材料,如铝合金时,易出现粘附、堵塞等问题,进而影响到产品表面质量,产品的表面质量的好坏将直接影响到产品使用性能和寿命。目前对改善砂带磨削效果最常用的方法是在磨削过程引入超声振动,但现有研究多数仅从实验方面探究超声振动对磨削效果的影响,而磨粒形状与排布都会影响磨削效果,因而从理论分析、数值仿真与实验探究相结合总结规律并确定合理参数具有重要意义。本文以涂层锆刚玉砂带,铝合金6063工件为研究对象,基于砂带平面磨削工艺,深入开展超声振动砂带磨削铝合金材料的仿真与实验研究。所做工作主要包括以下内容:1、基于三维扫描技术测量砂带表面形貌并建立分布模型。采用激光共聚焦显微镜对120#砂带表面形貌进行测量,利用均值滤波方法去掉噪声成分,对砂带形貌重新建模;通过磨粒密度与平均间距表征磨粒分布情况,建立磨粒出刃分布模型并对其正态分布拟合。2、预测磨削后三维表面形貌及粗糙度。根据磨削过程运动学分析,建立了普通磨削与超声振动磨削过程的运动方程;基于MATLAB编写生成表面轮廓算法,模拟磨削后工件表面形貌,并预测出表面粗糙度,研究了超声振动对表面形貌生成的影响规律。3、基于单颗磨粒磨削过程预测磨削力。根据对砂带表面磨粒形貌的观测,统计得出四种具有典型的磨粒形状并建立模型,基于有限元ABAQUS模拟各单颗磨粒磨削过程;同时结合已建立的磨粒出刃分布预测磨削力,分析磨粒形状对磨削力与磨削力的影响。4、通过实验对比验证粗糙度与磨削力预测准确性。搭建实验平台,对比验证数值仿真中粗糙度与磨削力的变化规律的准确性,验证了几何干涉模型与数值仿真模型的可靠性。
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