冠型軟固結磨粒氣壓砂輪接觸應力分析與試驗研究.pdf

1、激光強化技術可大幅提高模具表面的硬度和耐磨性，因而在模具制造業(yè)中得到越來越廣泛的應用。為了改善半球型氣壓砂輪光整加工過程中接觸應力分布不均勻而導致的激光強化模具表面光整效率低、面形精度難以控制等問題。
　　本文結合現(xiàn)有直徑40mm的半球型軟固結磨粒氣壓砂輪的研究，通過仿真及實驗對比獲得一種高效高精度的冠型軟固結磨粒氣壓砂輪，并分析了更大尺寸結構的冠型砂輪在光整中的接觸應力分布特性，從而實現(xiàn)汽車大型覆蓋件模具激光強化表面的高效精密光

2、整加工。具體研究內(nèi)容如下:
　　1)通過氣壓砂輪的非線性特性分析，確定氣壓砂輪的本構模型采用麥克斯韋模型，為氣壓砂輪仿真模型的建立提供理論依據(jù)。通過光整加工約束條件的分析對冠型氣壓砂輪進行了結構設計，并利用氣壓砂輪接觸力學性能測試對其結構進行了初步優(yōu)化。
　　2)通過氣壓砂輪動態(tài)接觸過程中柔性變形的分析，建立了砂輪旋轉變化下的應力應變關系式，用于描述砂輪加工應力變化的動態(tài)過程。研究分析得出氣壓砂輪的層間結合滿足完全連續(xù)界面的

3、條件，為氣壓砂輪仿真模型的簡化提供理論支撐。通過氣壓砂輪與工件接觸區(qū)域速度場分析得到:接觸區(qū)內(nèi)各點切向線速度呈非線性遞增趨勢，因而需要接觸應力分布沿接觸半徑增大的方向均勻遞減，以獲得均勻一致的材料去除率。
　　3)通過仿真對比冠型與已有的半球型砂輪模型，獲得球面半徑R25與R30的冠型砂輪接觸區(qū)域應力分布近似呈圓形且數(shù)值均勻呈高斯型分布，有效克服了半球型砂輪接觸中心區(qū)域應力缺陷的現(xiàn)象;進一步通過材料去除率的分析對比優(yōu)選出R25冠型

4、砂輪。將優(yōu)選出的冠型砂輪結構尺寸成倍擴大后進行仿真實驗得出:隨著砂輪尺寸的擴大，接觸應力分布的區(qū)域范圍均勻遞增，從而有效增大光整加工面積。
　　4)對比半球型與冠型砂輪在不同壓縮量下的光整試驗效果，通過測量試驗后模具表面的形貌和粗糙度值，說明采用冠型軟固結磨粒氣壓砂輪可以針對激光強化自由曲率模具達到材料均勻去除的目的，同時可有效提高光整效率與砂輪使用壽命，從而驗證仿真結果。進一步對比成倍擴大后的冠型砂輪光整試驗效果，不僅驗證得出擴