单颗CBN磨粒超声振动辅助磨削AISI 304材料去除机理

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.07.013

摘要/Abstract

摘要：

为了解释超声作用下磨粒切削材料的去除机理，对单粒磨削过程进行了分析，建立了未变形切削厚度和磨粒与试件的固定速度比（v_s/v_w）的数学模型.在AISI 304 试件上进行了固定速度比的普通磨削（conventional grinding，CG）、切向超声振动辅助磨削（tangential ultrasonic vibration assisted grinding，TUVAG）以及径向超声振动辅助磨削（radial ultrasonic vibration assisted grinding，RUVAG）的单颗粒试验.结果表明，在固定速度比条件下，试件在CG与TUVAG作用下都是以塑性变形的形式去除，但超声辅助显著提高了材料去除率.试件在RUVAG作用下材料的去除方式与未变形切削最大厚度a_gmax的值息息相关. a_gmax小于0.8 μm时，试件表现为脆性断裂的形式去除；之后随着a_gmax逐渐增大，试件转变为塑性变形的形式去除.

关键词: 单颗CBN（立方氮化硼）磨粒, 未变形切削厚度, 超声振动辅助磨削, 表面形貌, 材料去除机理

Abstract:

In order to explain the removal mechanism of abrasive cutting materials under ultrasonic action， the single grain grinding process was analyzed， and the mathematical model of undeformed cutting thickness and the fixed velocity ratio （v_s/v_w） of abrasive and workpiece was established. The single grain tests of conventional grinding （CG）， tangential ultrasonic vibration assisted grinding （TUVAG） and radial ultrasonic vibration assisted grinding （RUVAG） with a fixed speed ratio were carried out on AISI 304 specimens. The results showed that the specimens are removed by plastic deformation under the action of CG and TUVAG at the fixed speed ratio， but the ultrasound significantly improves the material removal rate. The material removal method of the specimen under RUVAG was closely related to the value of the maximum undeformed cutting thickness a_gmax. When a_gmax is less than 0.8 μm， the specimen was removed in the form of brittle fracture. After that， with the increase of a_gmax， the specimen was removed in the form of plastic deformation.

Key words: single CBN（cubic boron nitride） grain, undeformed cutting thickness, ultrasonic vibration assisted grinding, surface topography, material removal mechanism

中图分类号:

TH 164

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图/表 9

图1 普通磨削中单颗磨粒切削厚度

Fig.1 Cutting thickness of single abrasive grain in the conventional grinding

图2 超声磨削中单颗磨粒切削厚度（a）—TUVAG；（b）—RUVAG.

Fig.2 Cutting thickness of single abrasive grain in the ultrasonic grinding

图3 径向超声磨削示意图（a）—靠近试件；（b）—远离试件.

Fig.3 Schematic diagram of radial ultrasonic grinding

图4 单颗磨粒磨削过程中的切屑形成条件

Fig.4 Chip formation condition during the single

图5 单粒磨削试验装置

Fig.5 Experimental device for the single grain grinding

图6 单粒砂轮

Fig.6 Single grain grinding wheel

表1 磨削条件

Table 1 Grinding conditions

参数	数值
a_p/mm	0.02
v_s/(m·s^-1)	3.7，7.3，11.0，14.7
v_w/(mm·min^-1)	2~100
A/μm	0，6，8，10，12
a_gmax/μm	0.3~2

图7 AISI 304在不同最大UCT下的单颗粒磨削沟槽图（a）—CG；（b）—TUVAG；（c）—RUVAG.

Fig.7 Single grain grinding groove topography at different maximum UCT for AISI 304

表2 图7中试验参数

Table 2 Test parameters in Fig.7

磨削方式	v_w/(mm·min^-1)	a_gmax/μm
CG/RUVAG	2	0.3
CG/RUVAG	6	0.5
CG/RUVAG	15	0.8
CG/RUVAG	33	1.2
CG/RUVAG	51	1.5
CG/RUVAG	90	2.0
TUVAG	2	0.3
TUVAG	6	0.5
TUVAG	16	0.8
TUVAG	35	1.2
TUVAG	55	1.5
TUVAG	98	2.0

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