开展模拟辅助测试改进短行程珩磨

经短行程珩磨处理后，工件耐磨性增强，摩擦与滑动特性得到优化。为完善本工序，应进行详细验证。借助合理模拟模型，可大幅降低测试难度。

短行程珩磨也称微处理，是加工过程的最后环节，也是微观几何与宏观几何得以改进的依赖手段。

表面经过加工后，表现为磨损特性相对较低，摩擦与滑动特性得到提升，噪声减少，抗疲劳性增强[1，2]。然而，工序开发是以详细验证为辅助的[3]，目的在于积累新型加工材料所需的加工知识。

研究侧重磨削工序建模过程

目前，磨削工序建模过程正吸引着越来越多的关注，借助仿真模型可减少验证次数。磨削工序特殊难题（如大量磨粒同时出现不均匀深层渗透），已成为建模与模拟过程中的一大挑战。作为德国研究协会（DFG）赞助的切削工艺研究所（ISF）研究项目的组成部分，短行程与长行程珩磨各工序均将进行实验测试与模拟试验（本文主要针对短行程珩磨）。

实验目的是建立实证性替代模型，使得工艺参数影响力具体化，并将所得知识运用于建模过程。通过良好的实验统计方案，可生成一个有效的测试形态。实证性替代模型中，处理时长、处理速度与处理力度等初始值与粗糙参数或形状误差值等目标值之间，存在一定的函数关系。从模拟角度看，通过刀具和工件实际表面数字化所得尺寸数据，可用于刀具和工件的建模过程。此外，白光显微术等光学测量工序也得到采用。作为其中一项物理工序模型，运动模拟期间内所得尺寸数据也在工艺参数基础上，历经着离散混合。工序建模完毕后，应进一步执行实验测试，以验证此模型。实验结果以及模拟生成的表面结构，使得我们对该工序有了更为广泛的大致了解。而工序模拟过程，可帮助我们预测处理后效果，进而确保选择工艺参数的合理性。

侧重于短行程珩磨的手段方法

短行程珩磨是强力作用下功能表面专用处理工序[1-4]。通过移除表面轮廓峰后，可形成高原式表面轮廓，从而对功能行为产生正面影响。由于珩磨工序期间，其中一项加工运动易发生振动现象，这使得珩磨沟槽纵横交错，此为珩磨工序一大特点。短行程运动期间，刀具可选细磨石或配有压力装置的精整带[4]。

随着全新未磨损切削颗粒通过精整带不断进料，可达到恒定的切削性能。在外圆磨削中，精整带通过Vulcolan的一个标记和一个压力辊压在旋转的工件上（图1）。而在轴向短行程期间，刀具可发生高频振动。倘若观察切削颗粒刻划痕迹，便会发现窦状花纹[4]。同其他多数磨削过程不同的是，工件与刀具两者不断相互接触。而造纸业使用的大型轴，常发生进给运动，确保工件整个表面均能处理。

图1 MAG Boehringer自动车床试验装置由
配备氧化铝砂带的微处理配件构成。该装
置利用压缩空气和压力辊，装于主动位置处

建立替代模型所需的初始值包括圆周速度Vu、压紧力F（或恒定压力p）、压紧时间t、精整带进给速率Vb等变量参数。振动频率f（或振动速度Vosz）、行程幅度lHub，缓冲压力辊硬度值、精整带规格和工件则属于常量参数，建模时应予以考虑。由于过程建模或过程模拟是一种加深工序知识、不断提升优化过程的绝佳手段，因此其重要性也日渐引起人们关注[5]。与此同时，磨削模拟的研发也得到了计算机的日益强大辅助。在运动模拟方面，刀具及工作件数字图正参照工艺参数，以离散型相对运动形式相互融合。

采用白光显微术实现工件表面数字化

此类混合以及相互渗透形成三维叠加，从而生成工件全新形貌特征和几何参数。借助ISF开发的ISF铣削工序模拟加工软件，可实现材料去除运动模拟[6]。针对此情况，工件及刀具尺寸应参照光学测量所得数据。借助白光显微术，工件表面数字化的有效可用测量手段便应运而生（100Cr6滚动轴承钢）。同样，也可使用白光显微术测量精整带。图2为所用精整带的其中一部分。通过对反射式电子显微图片（REM）与白光图片进行定性对比后，发现两者几乎一致。针对表面数字化，每种情况各选取一个典型部位，然后导入模拟环境中。之后，多次复制该典型部位，以便完成刀具及工件的建模过程，连同精整带与工件截面在内的模拟环境详见图3。

图2 精整带电子光栅图（左）与白光显微术下表面数码图对比图nextpage

图3 左图为精整带刀具模型图，右图为刀具-工作件交互作用的相对运动图

如要确保上述工序达到良好模拟效果，取决于对生产结果有影响的相关机械装置的建模过程。无论预测到何种参数结果，均需要建立逼真的或启发性交互作用模型。至于呈现短行程珩磨效果，应尤其关注表面结构成果的建模工作，以便通过模拟效果得出特有的粗糙度。

对工件模型精度、材料去除模拟时间间隔等已提出强烈需求。不久，大尺寸模型便会生成，并储存在电脑端，由电脑操控。此外，为确保呈现相对连续运动，需要根据工序进行高达1mln的单个材料去除过程[7]。

短行程珩磨模拟效果呈现

图4为表面结构模拟效果与实际效果对比图。值得注意的是，过程模拟期间，已实现路径控制的横向进给。珩磨工序期间，两种表面上均能发现单个突出切削颗粒形成了较深沟槽；而构成正是高原式表面所在区域。模拟表面上的明显沟槽则表明数据点极为突出。由于极突出切削颗粒比稍突出颗粒钝化得更快，因此，在模拟过程期间，须采用磨损模型，较快地重新设定上述数据点。建立极突出与稍突出颗粒磨损模型是材料去除建模工作的一大挑战。对德国研究协会（DFG）提供的BI 498/40-1号DFG项目资金支持，作者表示衷心感谢。

图4 模拟结果与短行程珩磨期间实验所得表面结构对比图

图5 由于磨削和珩磨等精加工工序可大幅提升工件表
面机械性能，因此这类精加工工序的重要性日益增强。

多特蒙德技术大学切削工艺研究所（ISF）邀请函

metaV 2014第5届多特蒙德磨削研讨会——为对话而生

经VDW倡导，本届研讨会将于2014年3月13～14日在Düsseldorf召开。会上，来自行业与研究领域的多位人士将展开高层次对话。对于现代生产工艺及其严格品质要求而言，使用几何参数未定的刀片进行切削已成为关注核心。而长久以来，磨削工序又被认作绝非精加工作业而已；相反，越来越被认为是针对其他众多应用的一种高效、有趣的解决方案。另外，工序经优化后，可大幅拓展工序适用范围。众多研究机构和行业企业也做了巨大努力，目的在于传授加工工艺、加工刀具、加工工序，以及同磨削工序相关的方方面面深层理解。此外，有关当前趋势与现实思考的相关内容也丰富了本项目内涵。

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开展模拟辅助测试 改进短行程珩磨

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