基于磨削热变形分析的切入式外圆磨削去除率的修正模型与实验研究

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.002

摘要/Abstract

摘要： 为解决切入式外圆磨削加工中磨削热变形引起的传统磨削去除率模型与实际磨削偏差较大的问题，基于磨削热变形机理分析，对传统切入式外圆磨削去除率模型进行了修正。通过分析切入式外圆磨削过程中砂轮与工件的磨削热变形量及热变形速率，确定了修正函数，建立了基于磨削热变形的切入式外圆磨削材料去除率修正模型，并通过磨削实验对模型进行了验证。结果表明，修正模型具有更高的准确性。

关键词: 切入式外圆磨削, 热变形, 材料去除率, 实验研究

Abstract: In order to solve the problem in plunge type cylinder grinding caused by the traditional grinding removal efficiency model of grinding thermal deformation is different from the actual grinding， the traditional grinding removal efficiency model was modified based on the analysis of grinding thermal deformation mechanism. By analyzing the grinding thermal deformation and thermal deformation rate of grinding wheel and workpiece， the correction function was determined， the material removal efficiency correction model based on the thermal deformation was established. The model was verified by grinding experiment， and the results show that the model has higher accuracy.

Key words: plunge type cylindrical grinding, thermal deformation, material removal rate, experimental study

中图分类号:

TH161

迟玉伦, 武子轩. 基于磨削热变形分析的切入式外圆磨削去除率的修正模型与实验研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(15): 1778-1788.

CHI Yulun, WU Zixuan. Correction Model and Experimental Study of Removal Rate in Tangential Cylindrical Grinding Based on Grinding Thermal Deformation Analysis[J]. China Mechanical Engineering, 2023, 34(15): 1778-1788.

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参考文献

［1］迟玉伦，李郝林. 基于时间常数外圆切入磨削砂轮钝化的监测方法［J］. 中国机械工程， 2016， 27（2）：209-214.
CHI Yulun， LI Haolin. Monitoring Method of Grinding Wheel Passivation Based on Time Constant Cylindrical Cutting［J］. China Mechanical Engineering， 2016， 27（2）：209-214.
［2］朱峰，曹硕生，雷力生. 外圆切入磨削加工精度的研究［J］. 机械工程学报， 1993， 29（5）：104-109.
ZHU Feng， CAO Shuosheng， LEI Lisheng. Study on Machining Accuracy of Cylindrical Plunge Grinding［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 1993， 29（5）：104-109.
［3］DING Zishan， JIANG Xiaohui， GUO Miaoxiao， et al. Investigation of the Grinding Temperature and Energy Partition during Cylindrical Grinding［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2018， 97：1767-1778.
［4］ZHAO A Z， QIAN N. Prole Grinding of DZ125 Nickel-based Superalloy：Grinding Heat， Temperature Field， and Surface Quality［J］. Journal of Manufacturing Processes， 2020， 57：10-22.
［5］CHOI T J， SUBRAHMANYA N， LI H， et al. Comprehensive Analysis of the Thermal Impact and Its Depth Effect in Grinding［J］. CIRP Annals—Manufacturing Technology， 2008， 48（1）：61-72.
［6］WANG C， CHEN J. Study on Brittle Material Removal in the Grinding Process Utilizing Theoretical Analysis and Numerical Simulation［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2016， 87：2603-2614.
［7］MARSHE R， MOERLEIN A W， DEAKYNE T R S， et al. In-process Measurement of Form Error and Force in Cylindrical-plunge Grinding［J］. Precision Engineering， 2008， 32（4）：348-352.
［8］姜晨，李郝林，麦云飞. 基于声发射信号的外圆切入磨削去除率监测［J］. 中国机械工程， 2013， 24（22）：2992-2996.
JIANG Chen， LI Haolin， MAI Yunfei. Monitoring the Removal Rate of Cylindrical Plunge Grinding Based on Acoustic Emission Signal［J］. China Mechanical Engineering， 2013， 24（22）：2992-2996.
［9］CHI Y， GU J， LI H. Optimization of Internal Plunge Grinding Using Collaboration of the Air-grinding and the Material Removal Model Based on the Power Signal［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2019， 105：247-264.
［10］GUPTA R， SEKHON G. Stress due to a Moving Band Source of Heat and Mechanical Load on the Work Surface during Grinding［J］. Journal of Materials Processing Technology， 1997， 70：274-278.
［11］MLLERU， PRINZ S. Analysis of the Thermo-mechanical Load and Productivity during Force-compliant Grinding of pcBN［J］. Journal of Materials Processing Technology， 2022， 305：117604.
［12］HEINZEL C， HEINZEL J. Comprehensive Analysis of the Thermal Impact and Its Depth Effect in Grinding［J］. CIRP Annals—Manufacturing Technology， 2021， 70：289-292.
［13］李征，丁文锋，周欢. 基于混合材料模型的颗粒增强钛基复材高速磨削温度研究［J］. 机械工程学报， 2019， 55（21）：186-198.
LI Zheng， DING Wenfeng， ZHOU Huan， et al. Study on High Speed Grinding Temperature of Particle Reinforced Titanium Matrix Composites Based on Mixed Material Model［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2019， 55（21）：186-198.
［14］CHI Yulun， LI Haolin， CHEN Xun. In-process Monitoring and Analysis of Bearing Outer Race Way Grinding Based on the Power Signal［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， 2017， 231（14）：2622-2635.
［15］MAHATA S， SHAKYA P， BABU N R， et al. In-process Characterization of Surface Finish in Cylindrical Grinding Process Using Vibration and Power Signals［J］. Procedia CIRP， 2020， 88：335-340.
［16］MARSH E R， MOERLEIN A W， DEAKYNE T R S， et al. In-process Measurement of Form Error and Force in Cylindrical-plunge Grinding［J］. Precis Eng. ， 2008， 32（4）：348-352.
［17］JAMSHIDI H， BUDAK E. Grinding Temperature Modeling Based on a Time Dependent Heat Source［J］. Procedia CIRP， 2018， 77：299-302.
［18］CHEN X， ROWE W B， MILLS B， et al. Analysis and Simulation of the Grinding Process. Part Ⅲ. Comparison with Experiment［J］. International Journal of Machine Tools and Manufacture， 1996， 36（8）：897-906.
［19］HECKERR L， LIANG S Y， XIAO Jianwu， et al. Grinding Force and Power Modeling Based on Chip Thickness Anlaysis［J］. Int. J. Adv. Manuf. Technol. ， 2007， 33（5/6）：449-459.
［20］TAWAKOLI T. Developments in Grinding Process Monitoring and Evaluation of Results［J］. Int. J. Mechatronics and Manufacturing Systems， 2008， 4（1）：307-320.
［21］SUN L， YANG S. A New Model of Grinding Forces Prediction for Machining Brittle and Hard Materials［J］. Procedia CIRP， 2015， 27：192-197.
［22］迟玉伦. 基于功率信号的切入式磨削工艺优化关键技术研究［D］. 上海：上海理工大学， 2016.
CHI Yulun. Research onKey Technology of Cutting-in Grinding Process Optimization Based on Power Signal［D］. Shanghai：University of Shanghai for Science and Technology， 2016.

[1]	张其聪, 姜晨, 叶卉, 申岭鑫, 矫梦蝶. 动压辅助非牛顿流体抛光工具设计与工艺研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(23): 2805-2811，2823.
[2]	贾志新, 张凯悦, 王津. 聚晶金刚石的混铁粉电火花加工方法研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(22): 2684-2692.
[3]	潘逢群, 蒋翔俊, 杜敬利, 刘佳, 范叶森. 形状记忆索网结构模型建立及实验研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(18): 2186-2193.
[4]	李鸿宇, 黄向明, 明阳, 李希扬, 曾清, 周东栋. 磁场辅助剪切增稠流体抛光硬质合金刀片的仿真与实验研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(06): 650-659.
[5]	杨赫然, 何源, 孙兴伟, 董祉序, 乔赫廷. 螺杆转子砂带磨削装置开发及材料去除率预测[J]. 中国机械工程, 2021, 32(17): 2055-2062.
[6]	吴柯, 陆新明, MEHMOOD Awais, 周立波, 袁巨龙. 基于固结磨粒的单晶蓝宝石自旋转磨削加工方法[J]. 中国机械工程, 2021, 32(16): 2002-2007，2015.
[7]	龙江启1;林坚1;陈先兵2;王子宁2. 通风制动盘结构参数对制动抖动的敏感性[J]. 中国机械工程, 2020, 31(24): 2966-2971.
[8]	李钧亮;王时龙;王四宝;夏长久. 基于工件材料去除率的滚齿机床能耗模型[J]. 中国机械工程, 2020, 31(21): 2626-2631.
[9]	郗枫飞;曾晰;计时鸣;陈国达. 光催化条件下钴基合金材料去除方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(06): 662-669.
[10]	苗恩铭;魏新园;刘辉;潘巧生. 有源相控阵雷达阵面热变形预测建模理论[J]. 中国机械工程, 2018, 29(19): 2342-2346.
[11]	吴永伟;邬再新;鲍政伟. 卧式HMC500主轴系统热特性分析及结构优化[J]. 中国机械工程, 2018, 29(13): 1596-1602.
[12]	王洁;张建卓;刘凌威. 高压大流量快开阀仿真及实验研究[J]. 中国机械工程, 2018, 29(08): 916-922.
[13]	谢苗, 刘治翔, 毛君, 卢进南. 综掘巷道超前支架相似实验样机理论与实验研究[J]. 中国机械工程, 2017, 28(07): 846-851.
[14]	胡峰峰, 孙宇, 彭斌彬, 李烨健. 热变形对多杆冲床滑块运动精度的影响分析[J]. 中国机械工程, 2016, 27(14): 1847-1851.
[15]	张海峰, 王立峰, 刘建勇. 小孔加工电火花脉冲电源实验研究[J]. 中国机械工程, 2016, 27(13): 1735-1739,1789.