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金剛石油石超精加工陶瓷軸承溝道實驗

超人氣：112發表時間：2019-11-06【大 中 小】
    隨著高新技術的發展和應用，工程陶瓷材料因具有密度低、抗壓強度高、耐高溫、電絕緣、不導磁和自潤滑等優良性能，可作為超精密全陶瓷軸承用于高溫、高速、低溫、強磁、瞬時無潤滑等極端工況，在軍事、航空航天、能源等高端技術領域廣泛應用。陶瓷軸承溝道表面是軸承工作的主要接觸面，軸承旋轉精度與其表面質量存在密切關系。因此，為制造高精度陶瓷軸承，需使溝道表面粗糙度達到一定水平。金剛石砂輪對陶瓷軸承溝道進行磨削后，溝道表面存在由磨削熱產生的缺陷，需金剛石油石超精加工來大幅度降低精磨后陶瓷軸承溝道表面的粗糙度，提升軸承溝道的精度，延長軸承壽命。
    國內外有許多學者針對軸承超精加工進行了研究，但工程陶瓷具有難加工的特點，其加工機理較為復雜，目前尚未有學者對工程陶瓷軸承溝道超精加工進行詳細研究。沈陽建筑大學的學者們以氧化鋯軸承套圈外圈為研究對象，通過ABAQUS軟件建立金剛石油石超精加工氧化鋯軸承溝道模型，通過動力分析得到油石超精加工溝道表面的應力分布情況，同時通過觀察超精加工后溝道表面形貌，來研究超精加工去除方式。通過改變工件切線速度，油石壓力，長、短行程擺動速度等超精加工工藝參數，確定超精加工過程中加工參數對軸承溝道表面粗糙度的影響，并確定主次影響因素，獲得高精度氧化鋯陶瓷軸承超精加工工藝。
    學者用ABAQUS軟件建立金剛石油石超精加工氧化鋯軸承溝道有限元模型，分析其加工機理，并利用金剛石油石對氧化鋯軸承溝道進行超精加工，獲取超精加工后溝道表面粗糙度及表面形貌，研究超精加工應力對氧化鋯軸承溝道表面質量的影響。結果表明：工件切線速度由150m/min增加到450m/min，表面應力減小，表面粗糙度值由0.0912μm下降到0.0593μm，隨后增大；油石壓力由0.2MPa增加到0.8MPa，表面應力增大，表面粗糙度值由0.1942μm下降到0.0322μm；當金剛石油石的長、短行程擺動速度增加，軸承溝道表面應力增大，其表面粗糙度值分別由0.0716μm增加到0.0858μm和0.062μm7增加到0.1008μm。適當提高工件切線速度、油石壓力、長行程擺蕩速度，降低短行程振蕩速度有助于改善加工質量。
    實驗結論：1、基于ABAQUS的金剛石油石超精加工氧化鋯陶瓷軸承溝道仿真模型，可以得出超精參數對陶瓷軸承溝道表面接觸應力的影響。金剛石油石與軸承溝道表面接觸應力隨工件切線速度的提高而減小，隨油石壓力的增大而增大，隨油石擺動速度的提高而增大。2、在超精加工階段，適當提高工件切線速度、油石壓力、長行程擺蕩速度，降低短行程振蕩速度有助于改善加工質量。超精加工階段的最佳工藝參數為：工件切線速度350m/min，油石壓力0.8MPa，長行程擺蕩速度800U/min，短行程振蕩速度1600U/min。3、通過對超精加工前后氧化鋯陶瓷軸承溝道表面形貌的分析，超精加工的去除方式以塑性去除為主。
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