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文摘
為探討金剛石砂輪的磨削特點(diǎn)和磨損行為對磨削光學(xué)連接器箍研究了有限元分析(FEA)和磨損試驗。有限元分析金剛石砂輪和套圈節(jié)目之間的聯(lián)系地下?lián)p傷區(qū)域的套圈是13μm磨料顆粒和基體的界面。磨料的影響粒子在界面應(yīng)力狀態(tài)的影響。建立二維有限元模型計算在接口溫度應(yīng)力的分布。作為有限元分析的結(jié)果,影響磨料條件是關(guān)心的比率關(guān)鍵突出;粒度之比約為0.6。有限元模型建立的影響進(jìn)行調(diào)查鉆石砂輪濃度。有限元分析結(jié)果表明,低濃度有較大的磨損體積小壓力傳播。
1。介紹
與綁定磨料磨具磨削已廣泛在形成和完成的組件使用許多材料[1 - 5]。相關(guān)的零件的需求與先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)正在增加，由于經(jīng)濟(jì)增長和光學(xué)的擴(kuò)張行業(yè)。特別是,超精密光學(xué)部分與之相關(guān),NT和BT antideviation要求高完成超精密加工。陶瓷材料的磨損特性刀具是控制精度的重要因素的產(chǎn)品,廣泛研究了許多研究人員:如材料去除機(jī)制磨陶瓷[6、7],[8 -氮化硅的磨削10),與磨削(11 - 14)能源問題, 有關(guān)磨削力和能量不同參數(shù)與芯片不變形幾何的理解(15、16)。
2。理論背景
2.1切削點(diǎn)間距連續(xù)切割點(diǎn)間距和接觸創(chuàng)建有限元弧長是必要的模型通過考慮濃度。首先,接觸弧長、lc是運(yùn)動學(xué)的制定表面磨削,情商所示。(1)。
v:工件速度:車輪速度(rpm)v:切削深度(rpm)Δ,d:工件直徑(毫米)(μm),D:車輪直徑(毫米)。理論連續(xù)切削點(diǎn)間距,計算了等式。(2)
dg是一個當(dāng)量直徑(毫米)，磨料假定為球形,Vg的比率磨料粒子。
2.2為單身磨料磨削力
商的理論被用來評估比磨削能創(chuàng)建一個磨料有限元模型的微元素磨輪。磨料的影響是主要的影響切向磨削力。切向的價值磨削力是2.31×身手[N]。尤其這個值是有限元模型的加載條件。
2.3在磨料磨削作用力
[21]Shaw模型用于這項研究。應(yīng)用Shaw模型有限元模型,鉆石形狀粒子被轉(zhuǎn)化成的球體徑20μm和摩擦力是被忽視的。切向磨削力被認(rèn)為是直接與研磨劑的影響之間的關(guān)系。
2.4具體的磨損率和磨削比穿的砂輪的磨削量有關(guān)。逆值的具體磨損率是研磨比,G,Eq。(3)所示。
T是材料的磨損量,和年代輪的磨損體積。參數(shù)G進(jìn)行了評價作為一個標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)效率金剛石砂輪。
3。材料的特點(diǎn)
3.1氧化鋯箍的特性
TZP(四方氧化鋯多晶體)中使用本研究測試材料。它已經(jīng)被使用在廣泛的行業(yè),因為卓越硬度,強(qiáng)度/重量比,熱穩(wěn)定性,耐蝕性。
3.2金剛石砂輪的特性表1顯示了鉆石的材料特性和樹脂,這是鉆石的規(guī)范輪。在加工套圈,鉆石輪是由酚醛樹脂;使用它相對較高的彈性,但低磨阻。酚醛樹脂可以帶來革命,很高的磨削量由于適當(dāng)?shù)膭h除flash和規(guī)模。通常使用酚醛樹脂但纖維增強(qiáng)酚醛樹脂也用于特殊需求。金剛石砂輪的彈性模量應(yīng)用有限元模擬46 GPa的決心彈性模量的N個年級。
表1。材料特性和規(guī)格的鉆石輪。
4。有限元分析
4.1輪之間的聯(lián)系分析和套圈
4.1.1有限元模型磨削的表面相互作用,面積每分鐘除以4-node矩形平面應(yīng)變的元素,是生成最準(zhǔn)確的梯度在這個區(qū)域的壓力很大。被形容為車輪的運(yùn)動模型和套圈相對旋轉(zhuǎn)和套圈輸入。在這個分析,切削深度 被設(shè)置為十分之一的實(shí)際切削深度分析立即聯(lián)系。時間設(shè)置為1在0.4毫秒,毫秒箍感動前面的金剛石砂輪,在在另一個0.3 毫秒,研磨處理。其余的時間, 磨削過程已經(jīng)結(jié)束。在這個分析, 粘滑運(yùn)動摩擦模型的接口使用車輪和套圈。
4.1.2有限元分析的結(jié)果
圖1顯示了界面應(yīng)力的變化車輪和套圈之間的深度接觸點(diǎn)。箍應(yīng)力超過自己的彎曲力量,1 GPa,接觸后持續(xù)時間為0.1毫秒。這一刻后,研磨過程發(fā)展迅速的裂縫延伸套圈。
圖2顯示了·馮·米塞斯的分布輪和套圈的深度之間的壓力從接觸點(diǎn)。最大的振幅在接觸點(diǎn)生成,減少壓力從接觸的增加其深度點(diǎn)。壓力下的撓曲強(qiáng)度達(dá)到100年μm接觸點(diǎn)的深度。壓力在大約63μm深度下的區(qū)域,從表面上看, 已經(jīng)超過1 GPa的撓曲強(qiáng)度。估計地下?lián)p失約為13μm除了50μm的切削深度。
4.2砂和樹脂之間的界面分析
4.2.1有限元模型準(zhǔn)備法向力和摩擦力是生成的相對運(yùn)動的磨料和套圈。這些部隊將產(chǎn)生接觸壓力磨料和樹脂之間的界面。這種狀態(tài)壓力是由負(fù)載和穿的磨料[5]。半無限矩陣模型創(chuàng)建,比實(shí)際大600倍金剛石磨料。被選中的粘滑運(yùn)動條件接觸界面的邊界條件。
4.2.2有限元模型的磨損機(jī)制四種類型的假設(shè)模型被用作在這個分析磨損機(jī)制。沒有穿,對稱穿,對稱前戴鉆石粒子分離;非對稱穿它只發(fā)生在一側(cè)的樹脂鉆石粒子和另一邊仍然;粒子穿它的磨料量是相對的高于樹脂。
4.2.3 .有限元分析的結(jié)果圖3顯示了所有模型的應(yīng)力分布。圖3(b)和(d)顯示了一個時刻之前的狀態(tài)磨料的分離。的應(yīng)力集中發(fā)生在角落的粒子。應(yīng)力集中具有最大的價值,特別是粒子的根源。的應(yīng)力集中增加粒子的根源為穿什么進(jìn)展在兩個穿的情況下,對稱和不對稱。壓力界面的樹脂和粒子的壓力高于粒子 提示,直接應(yīng)用于磨削力。比發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致部分覆蓋分離的磨料約為0.6,它對應(yīng)與其他論文[5]。圖4顯示界面的應(yīng)力分布9例粒子穿。特點(diǎn)列出了每個樣本的測試之前和之后在表2中。應(yīng)力幅值是三到四次比對稱和非對稱磨損。磨料之間的接口的較小的壓力和樹脂,因此,估計的根源磨料。在這種情況下,它可以估計車輪必須執(zhí)行著裝過程。
4.3分析砂輪濃度
4.3.1有限元模型金剛石濃度作為一個參數(shù)的評估。砂輪由磨料、樹脂和空白。空虛是收集的作用芯片,主要影響放電的芯片。表2顯示了連續(xù)切削點(diǎn)的間距的三個不同的濃度Eq。(2),比例的磨料的濃度。在每種情況下,金剛石濃度磨料粒子的數(shù)量75% 4; 100%的有5個,有6 125%。接觸弧長, 計算了情商。(1),是374年μm和應(yīng)用該模型。有兩個約束條件x方向的兩側(cè)邊緣,另一個是y方向模型的底部。
4.3.2有限元分析的結(jié)果
100%的等效應(yīng)變分布鉆石圖5所示。分布應(yīng)變的分布是相似的的壓力除了磨料磨具。拉伸的一面矩陣,磨削力和應(yīng)用側(cè)邊,有更大的壓力。這是所造成的應(yīng)力集中在側(cè)邊。越大濃度的鉆石,更大的壓力發(fā)生。
在75%濃度的情況下,邊界的壓力粒子的第一個比第二個大的最小值應(yīng)變分布密切。100%濃度的現(xiàn)象,類似125%,75%濃度的正相反。在低濃度的情況下,空間中粒子相互遠(yuǎn)非這樣的影響在粒子幾乎不存在。因此, 的第一個粒子相對較大, 廣泛分布由于磨削作用力第一個金剛石粒子是比任何其他的人。100%的濃度,交互第一和第二之間粒子不是可以忽略不計，由于粒子之間的空間接近于75%。由于磨料粒子之間的影響,應(yīng)變增加了增加的性質(zhì)。
5。磨損試驗
5.1磨損試驗的結(jié)果釘住閥瓣類型的磨損試驗對鉆石車輪不同濃度。進(jìn)氣壓力溫度、氣氛都是否定的潤滑。摩擦系數(shù)在范圍內(nèi)0.44到0.46,所有測試條件。換句話說,它可以驗證不穩(wěn)定磨損行為沒有在測試期間發(fā)生。圖6顯示了條形圖的磨損量套圈和金剛石砂輪。磨損量箍成為大10倍左右,而不是的輪。磨損體積濃度的75% 是最小的一個。金剛石濃度越高小輪的磨損發(fā)生。在100%濃度的情況下,箍的最大的磨損體積。它看起來像自動發(fā)生的,但玻璃或加載幾乎不發(fā)生。圖7顯示了每個測試集的磨削比。100%的情況下,磨削率最高。在75%的情況下,另一方面,它有最低的磨削比。在125%的情況下,這是估計的有研磨率由于最高最小的磨損體積。
5.2顯微觀察磨損表面，圖8顯示了截面的掃描電鏡照片認(rèn)為,75%濃度的金剛石砂輪。一個 空白,許多粒子脫落的樹脂,可以視為V標(biāo)志。實(shí)線表示的一個接口金剛石砂輪的表面和部分。可以觀察到顆粒分離的痕跡。在125%濃度的情況下,的痕跡金剛石(標(biāo)記為D)的分離所無法企及的觀察,磨面有一個平坦的表面。如果平面磨削的臉變得像, 磨削阻力將會增加。然后,面對箍和穿發(fā)生在處理輪。因此面對箍地面的質(zhì)量 成為一個低水平。
6。結(jié)論
的結(jié)果分析表明,該地區(qū)的聯(lián)系時的深度成了13μm地下?lián)p傷削減50μm。界面分析表明,磨料的結(jié)果 分離條件的比例是至關(guān)重要的突出;磨料顆粒的分離0.6。有限元分析的結(jié)果,根據(jù)濃度比率, 較低的金剛石濃度比率越高應(yīng)力集中,由于較低的互動在磨料粒子。磨料分離, 因此,速度和金剛石砂輪的磨損迅速傳播。這些結(jié)果很一致與磨損試驗也證實(shí)了由掃描電鏡觀察。金剛石濃度的最優(yōu)條件比例是100%,這是最糟糕的情況75%。
應(yīng)答
本研究支持的項目研究生在區(qū)域創(chuàng)新的培訓(xùn)，這是由韓國工業(yè)技術(shù)基金會和商務(wù)部工業(yè)和能源朝鮮政府。
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Chang-Min書釘收到了他的學(xué)士和碩士學(xué)位從釜山國家大學(xué)機(jī)械工程在1964年和1968年分別獲得了1981年東京大學(xué)博士學(xué)位。他現(xiàn)在是慶北國立大學(xué)教授。他擔(dān)任機(jī)械工程系的慶北國立大學(xué)客座教授在加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程研究所的一頭慶Nat將會大學(xué)工程設(shè)計技術(shù),以及技術(shù)創(chuàng)新中心指定的工商部門。