电镀CBN砂轮基体结构设计及其动态性能分析

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随着机械加工技术水平的不断提高,电镀CBN砂轮在窄深槽缓进给磨削中的应用越来越广泛。在国外,电镀CBN砂轮的制作技术相对比较成熟,而国内的电镀CBN砂轮制作技术还不是很完善,尤其是对硬、脆难加工材料的窄深槽进行磨削加工的电镀CBN砂轮还主要靠从国外引进。因此,制造出可以应用于难加工材料窄深槽磨削的电镀CBN砂轮是目前亟待解决的问题。本文研究的电镀CBN砂轮正是基于这个背景提出的。本文首先提出了两种CBN砂轮基体的设计方案;通过对这两种设计方案进行模态和谐响应分析之后,确定了砂轮基体的最终设计方案;针对最终方案的应力分析结果,对砂轮基体结构进行改进,并对改进后的结构进行动态特性分析;最后在ANSYS/LS-DYNA中对单颗磨粒进行磨削仿真。本文主要研究了以下几方面的内容:1)针对窄深槽的加工精度要求对砂轮基体进行结构设计。砂轮基体的结构设计主要是从基体材料和截面形状的选择以及基体设计尺寸的确定三个方面出发,设计出满足窄深槽加工要求的基体结构,并给出了基体的加工工艺和装配方案。2)在ANSYS中对所设计的两种砂轮基体方案建模并进行模态分析,得到了这两种基体方案的模态振型和固有频率。通过模态分析得到了砂轮基体在不同固有频率下的振动传递情况。之后,模拟实际加工中的磨削力对这两种方案进行ANSYS谐响应分析,利用模态叠加法计算得出砂轮的响应曲线。根据砂轮在激振力作用下的最大响应值确定最适合进行高精度窄深槽磨削的基体设计方案。3)对最优设计方案进行应力分析,根据砂轮基体的应力分布曲线判断砂轮可能遭到破坏的部位,对基体结构进行改进,使其应力分布趋于合理;然后对改进后的砂轮基体进行动态特性分析,使改进后的动态特性依然满足加工要求。4)在ANSYS/LS-DYNA中对单颗磨粒磨削加工过程进行了仿真,得到单颗磨粒磨削时切屑的形成过程和磨削时应力、应变状况,并给出了磨削时的应力、应变曲线。本文根据窄深槽的加工精度要求,对给出的两种CBN砂轮基体设计方案进行动态特性分析,得到了锥形电镀CBN砂轮最适合窄深槽磨削的结论,这对加工窄深槽所用的CBN砂轮基体结构设计具有指导意义。
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