磨削具有加工精度高、加工能力强和应用广泛等特点,一般用于精密加工以及难加工材料的加工。尽管磨削已经发展到很高的技术阶段,但是目前制约磨削向更高目标发展的问题还有很多,如磨削产生的高温制约磨削效率的同时也会引起磨削表面烧伤及残余拉应力等,影响工件表面强度和使用寿命。另外随着新材料的发展,材料的加工难度越来越大,现有磨削方法难以胜任。因此,要求磨削向更高的效率、精度和表面质量推进是磨削发展的重要途经。本团队发展了一种新的磨削方法—超硬磨料砂轮挤磨削方法(简称挤磨削)。由于挤磨削去除材料的方式是通过自由磨粒进行挤压,自由磨粒和挤磨砂轮之间不是固连的,它有磨粒切削速度低的特点,因此有望在挤磨削过程中获得低速磨削的效果,从而获得与传统磨削不同的、好的加工表面质量。另外挤磨削中自由磨粒存在对挤磨砂轮表面有修整修锐的作用,理论上更适合细粒度超硬磨料砂轮磨削,具有提高磨削表面精度和降低表面粗糙度的性能。本论文依据挤磨削的加工基本原理,通过理论分析和实验相结合的方法,探索挤磨削方法的磨削机理和磨削精度特性,为挤磨削在新材料和精密加工中的应用提供技术支撑。具体工作如下:1超硬磨料砂轮挤磨削机理及精密特性研究根据超硬磨料砂轮挤磨削原理,建立挤磨削过程几何模型,分别建立单颗自由磨粒挤压模型、多颗自由磨粒挤压模型、自由磨粒流动及碰撞模型三种挤磨削去除材料基本力学模型,分析了挤磨削加工过程自由磨粒与挤磨砂轮、结合剂和被加工材料之间的力学作用,揭示挤磨削去除材料和通过对砂轮在线修锐提高磨削精度和表面质量的机理。2挤磨削磨实验平台的搭建根据超硬磨料砂轮挤磨削方法和磨削原理搭建挤磨削机理及精密特性实验平台。平台由磨削机床、自由磨粒液收集循环系统、磨削测力系统、工件装夹机构几个部分组成。可以进行挤磨削力的测量以及在不同的挤磨砂轮、自由磨粒液浓度、自由磨粒粒度、磨削切深条件下的挤磨实验,为开展挤磨削实验研究提供了平台。3挤磨削自由磨粒悬浊液的制备自由磨粒液是挤磨削工艺中的重要因素,磨粒在磨粒液中的分散程度和悬浮能力对挤磨削过程有显著的影响。依据微粉悬浊液稳定分散的方法及理论的分析,制定了基本配制成分组成,并通过磨粒液主要影响因素实验研究优化制备工艺。磨粒液的分散悬浮是采用高速切向搅拌,超声波震荡,和六偏磷酸钠增稠分散剂相结合的方法来分散悬浮制备,研究了不同粒度和浓度的自由磨粒悬浊液制备工艺参数。4超硬磨料砂轮挤磨削精密特性实验研究针对超硬磨料砂轮挤磨削精密特性实验研究的重要影响因素,对自由磨粒液浓度、自由磨粒粒度,挤磨削切深和挤磨砂轮进行了实验研究。实验结果表明:1)对不同条件下的挤磨削力进行了实验研究,结果表明,挤磨削过程中随着自由磨粒浓度的增大,磨粒液中自由磨粒由单颗团聚为多颗磨粒组成的磨粒团,导致挤磨力增大,过大的浓度会影响挤磨力稳定性,对于W14砂轮来说采用0.5-1%浓度的自由磨粒液比较合适;随着自由磨粒粒径的增大,挤磨压力也逐渐增大,自由磨粒粒径是砂轮磨粒粒径的1/3-1/5时,挤磨压力较为平稳;随切深增加挤磨力变大,适当的切深能够使挤磨削中自由磨粒对砂轮工作表面有良好的在线修锐修整作用,保证挤磨力的稳定性;挤磨砂轮磨料的粒度对挤磨加工表面影响最为显着,挤磨砂轮粒度越细,工件表面粗糙度值越低,一般细粒度砂轮容易造成堵塞磨损等失去磨削能力,而本实验挤磨砂轮粒度最小可以达到W3.5,挤磨力依然保持稳定。2)自由磨粒液浓度对精度的影响,随着自由磨粒液浓度提高,挤磨效果增强,工件表面粗糙度值逐渐增加,过大的浓度引起挤磨削力的增大,影响挤磨过程的稳定性,最佳的精密挤磨削自由磨粒液浓度应选0.5%-1%之间为佳,实验磨削浓度约为1%时工件表面质量达到最好。3)自由磨粒粒度对精度的影响,当自由磨粒粒度小于挤磨砂轮固结磨粒粒径1/3时,自由磨粒起到在线修锐及修整作用,挤磨表面质量较好。当自由磨粒粒度大于1/2挤磨砂轮固结磨粒时,挤磨砂轮工作表面被修锐及修整不平整,则工件表面质量较差。4)挤磨削切深对加工精度影响与传统磨削相似,随着磨削切深的减小,工件表面质量越来越好,实验中对W14的砂轮磨削切深应小于5μm。5)超硬磨料挤磨砂轮粒度对精度的影响,挤磨砂轮磨粒粒度对挤磨削加工精度的影响最显著,本论文对砂轮粒度为W14-W3.5的不同挤磨砂轮进行了挤磨实验研究,实验结果表明,随着挤磨砂轮磨粒变细磨削的工件表面粗糙度变小,挤磨削砂轮粒度最小可达到W3.5,工件表面质量可达到Ra0.04,达到了精密磨削的水平。