[發明專利]一種球形磨頭預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦干涉行為測試方法

有效

• 申請號: 201610077962.6
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105738281B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 姜峰;張濤;言蘭;徐西鵬
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N19/06
• 分類號: G01N19/06
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明公開了一種球形磨頭預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦干涉行為測試方法，屬于機械加工中的材料性能測試及精密與超精密加工領域，通過將硬脆試件固定在電主軸上，對該試件進行在線動平衡；然后采用球形磨頭對該試件進行修盤，達到測試所需的端面跳動以及粗糙度要求；隨后換裝頂端固接有單顆磨粒的工具頭，并在更換過程中進行對刀；最后進入劃擦測試，試件以指定轉速旋轉，工具頭以指定切深徑向進給，在試件端面形成干涉螺旋形劃痕，測量系統在此過程中采集劃擦力、聲發射信號等物理量。本發明能夠模擬高速磨削過程磨粒間的干涉行為。相關測試結果可用于磨削機理的深入研究以及磨削參數的優化。

技術領域

本發明屬于機械加工中的材料性能測試及精密與超精密加工領域，具體涉及一種球形磨頭預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦干涉行為測試方法。

背景技術

磨削過程可以看作是磨具表面大量排列參差不齊，分布不規則的形狀各異的磨粒共同完成的切削過程。在科學研究中，常把復雜現象抽象成一種簡化的模式，來探討一些本質的問題。構成砂輪的細小磨粒的切削作用是磨削加工的基礎，單顆磨粒切削作為磨削加工的基本模式，成為認識復雜磨削作用的一種重要手段。實際磨削過程中，砂輪等磨具上的磨粒在已加工表面的同一位置上發生干涉，使磨粒去除材料的形式復雜化，因此磨粒加工中已加工表面的形成往往是同一位置上多顆磨粒切削、耕犁或劃擦作用的結果，因此研究多顆磨粒在表面上的干涉作用對分析磨削過程中的力、溫度、材料的成屑機理以及工件加工表面質量具有重要的指導意義。

許多學者在單顆磨粒劃擦實驗上做了大量的工作，發展了相關的試驗方法及其裝置，但是由于試驗手段和試驗裝置的欠缺，都沒有考慮多顆磨粒相互干涉的影響，多顆磨粒相互干涉的研究還大多停留在仿真階段，如利用布爾運算仿真磨粒干涉過程的材料去除，或利用數值仿真方法對多顆磨粒的干涉過程進行建模分析。也有少量研究多顆磨粒相互干涉影響的裝置，如將多顆磨粒以一定的相對角度和徑向間距排列，劃擦的時候產生干涉的效果，但是多顆磨粒在徑向間距上的排列誤差較大(分辨率10μm)，因此多顆磨粒發生干涉時，實際干涉量的控制精度不高于10μm，因此只能進行一些大尺寸(大于100μm)磨粒的干涉測試，同時設備結構復雜，調整過程很大程度上依賴于操作者的經驗，沒有實現自動化調整及位置反饋控制，因而難以實現高精度的干涉行為測試。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種球形磨頭預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦干涉行為測試方法，結合超精密加工修盤和精密運動反饋控制，利用單顆磨粒即可做出多顆磨粒的劃擦干涉行為，設備結構簡單，磨粒干涉量的控制精度高；相關測試結果可以用于磨削加工機理和磨削表面形成過程的深入研究，從而優化磨削加工參數，提高產品質量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種球形磨頭預修硬脆試件的單顆磨粒連續劃擦干涉行為測試方法，包括：

1)將硬脆試件固定在電主軸上，試件可通過電主軸旋轉；對該試件進行在線動平衡；

2)采用球形磨頭對該試件進行修盤，以在試件表面形成端面跳動量優于IT1級，表面平均粗糙度Ra優于10nm的修盤區域，具體步驟如下：

2-1)球形磨頭粗加工修盤：修盤的同時對球形磨頭和試件進行冷卻，修盤時試件的轉速范圍為3000～10000rpm，球形磨頭以8000～20000rpm的轉速自轉，同時從試件外側以10～50μm的切深沿試件徑向進給，進給速度范圍為0.4～1.2mm/s，進給距離為試件直徑的1/4～1/2；

2-2)球形磨頭精加工修盤：修盤的同時對球形磨頭和試件進行冷卻，修盤時試件的轉速范圍為3000～10000rpm，球形磨頭以8000～20000rpm的轉速自轉，同時從試件外側以2～10μm的切深沿試件徑向進給，進給速度范圍為0.1～0.3mm/s，進給距離為試件直徑的1/4～1/2；