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文摘
為探討金剛石砂輪的磨削特點和磨損行為對磨削光學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力狀態(tài)的影響。建立二維有限元模型計算在接口溫度應力的分布。作為有限元分析的結果,影響磨料條件是關心的比率關鍵突出;粒度之比約為0.6。有限元模型建立的影響進行調查鉆石砂輪濃度。有限元分析結果表明,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]。相關的零件的需求與先進的光學技術正在增加，由于經濟增長和光學的擴張行業(yè)。特別是,超精密光學部分與之相關,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品,廣泛研究了許多研究人員:如材料去除機制磨陶瓷[6、7],[8 -氮化硅的磨削10),與磨削(11 - 14)能源問題, 有關磨削力和能量不同參數與芯片不變形幾何的理解(15、16)。
2。理論背景
2.1切削點間距連續(xù)切割點間距和接觸創(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是運動學的制定表面磨削,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)切削點間距,計算了等式。(2)
dg是一個當量直徑(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。應用Shaw模型有限元模型,鉆石形狀粒子被轉化成的球體徑20μm和摩擦力是被忽視的。切向磨削力被認為是直接與研磨劑的影響之間的關系。
2.4具體的磨損率和磨削比穿的砂輪的磨削量有關。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G進行了評價作為一個標準的經濟效率金剛石砂輪。
3。材料的特點
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。它已經被使用在廣泛的行業(yè),因為卓越硬度,強度/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的刪除flash和規(guī)模。通常使用酚醛樹脂但纖維增強酚醛樹脂也用于特殊需求。金剛石砂輪的彈性模量應用有限元模擬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矩形平面應變的元素,是生成最準確的梯度在這個區(qū)域的壓力很大。被形容為車輪的運動模型和套圈相對旋轉和套圈輸入。在這個分析,切削深度 被設置為十分之一的實際切削深度分析立即聯(lián)系。時間設置為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, 磨削過程已經結束。在這個分析, 粘滑運動摩擦模型的接口使用車輪和套圈。
4.1.2有限元分析的結果
圖1顯示了界面應力的變化車輪和套圈之間的深度接觸點。箍應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。最大的振幅在接觸點生成,減少壓力從接觸的增加其深度點。壓力下的撓曲強度達到100年μm接觸點的深度。壓力在大約63μm深度下的區(qū)域,從表面上看, 已經超過1 GPa的撓曲強度。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有限元模型準備法向力和摩擦力是生成的相對運動的磨料和套圈。這些部隊將產生接觸壓力磨料和樹脂之間的界面。這種狀態(tài)壓力是由負載和穿的磨料[5]。半無限矩陣模型創(chuàng)建,比實際大600倍金剛石磨料。被選中的粘滑運動條件接觸界面的邊界條件。
4.2.2有限元模型的磨損機制四種類型的假設模型被用作在這個分析磨損機制。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 .有限元分析的結果圖3顯示了所有模型的應力分布。圖3(b)和(d)顯示了一個時刻之前的狀態(tài)磨料的分離。的應力集中發(fā)生在角落的粒子。應力集中具有最大的價值,特別是粒子的根源。的應力集中增加粒子的根源為穿什么進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,直接應用于磨削力。比發(fā)現,導致部分覆蓋分離的磨料約為0.6,它對應與其他論文[5]。圖4顯示界面的應力分布9例粒子穿。特點列出了每個樣本的測試之前和之后在表2中。應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和應用該模型。有兩個約束條件x方向的兩側邊緣,另一個是y方向模型的底部。
4.3.2有限元分析的結果
100%的等效應變分布鉆石圖5所示。分布應變的分布是相似的的壓力除了磨料磨具。拉伸的一面矩陣,磨削力和應用側邊,有更大的壓力。這是所造成的應力集中在側邊。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變分布密切。100%濃度的現象,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,應變增加了增加的性質。
5。磨損試驗
5.1磨損試驗的結果釘住閥瓣類型的磨損試驗對鉆石車輪不同濃度。進氣壓力溫度、氣氛都是否定的潤滑。摩擦系數在范圍內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標志。實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量 成為一個低水平。
6。結論
的結果分析表明,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,磨料的結果 分離條件的比例是至關重要的突出;磨料顆粒的分離0.6。有限元分析的結果,根據濃度比率, 較低的金剛石濃度比率越高應力集中,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。這些結果很一致與磨損試驗也證實了由掃描電鏡觀察。金剛石濃度的最優(yōu)條件比例是100%,這是最糟糕的情況75%。
應答
本研究支持的項目研究生在區(qū)域創(chuàng)新的培訓，這是由韓國工業(yè)技術基金會和商務部工業(yè)和能源朝鮮政府。
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Chang-Min書釘收到了他的學士和碩士學位從釜山國家大學機械工程在1964年和1968年分別獲得了1981年東京大學博士學位。他現在是慶北國立大學教授。他擔任機械工程系的慶北國立大學客座教授在加州大學伯克利分校材料科學與工程研究所的一頭慶Nat將會大學工程設計技術,以及技術創(chuàng)新中心指定的工商部門。