金刚石油石超精加工陶瓷轴承沟道实验

人气：112发表时间：2018-11-06【大中小】

    随着高新技术的发展和应用，工程陶瓷材料因具有密度低、抗压强度高、耐高温、电绝缘、不导磁和自润滑等优良性能，可作为超精密全陶瓷轴承用于高温、高速、低温、强磁、瞬时无润滑等极端工况，在军事、航空航天、能源等高端技术领域广泛应用。陶瓷轴承沟道表面是轴承工作的主要接触面，轴承旋转精度与其表面质量存在密切关系。因此，为制造高精度陶瓷轴承，需使沟道表面粗糙度达到一定水平。金刚石砂轮对陶瓷轴承沟道进行磨削后，沟道表面存在由磨削热产生的缺陷，需金刚石油石超精加工来大幅度降低精磨后陶瓷轴承沟道表面的粗糙度，提升轴承沟道的精度，延长轴承寿命。
    国内外有许多学者针对轴承超精加工进行了研究，但工程陶瓷具有难加工的特点，其加工机理较为复杂，目前尚未有学者对工程陶瓷轴承沟道超精加工进行详细研究。沈阳建筑大学的学者们以氧化锆轴承套圈外圈为研究对象，通过ABAQUS软件建立金刚石油石超精加工氧化锆轴承沟道模型，通过动力分析得到油石超精加工沟道表面的应力分布情况，同时通过观察超精加工后沟道表面形貌，来研究超精加工去除方式。通过改变工件切线速度，油石压力，长、短行程摆动速度等超精加工工艺参数，确定超精加工过程中加工参数对轴承沟道表面粗糙度的影响，并确定主次影响因素，获得高精度氧化锆陶瓷轴承超精加工工艺。
    学者用ABAQUS软件建立金刚石油石超精加工氧化锆轴承沟道有限元模型，分析其加工机理，并利用金刚石油石对氧化锆轴承沟道进行超精加工，获取超精加工后沟道表面粗糙度及表面形貌，研究超精加工应力对氧化锆轴承沟道表面质量的影响。结果表明：工件切线速度由150m/min增加到450m/min，表面应力减小，表面粗糙度值由0.0912μm下降到0.0593μm，随后增大；油石压力由0.2MPa增加到0.8MPa，表面应力增大，表面粗糙度值由0.1942μm下降到0.0322μm；当金刚石油石的长、短行程摆动速度增加，轴承沟道表面应力增大，其表面粗糙度值分别由0.0716μm增加到0.0858μm和0.062μm7增加到0.1008μm。适当提高工件切线速度、油石压力、长行程摆荡速度，降低短行程振荡速度有助于改善加工质量。
    实验结论：1、基于ABAQUS的金刚石油石超精加工氧化锆陶瓷轴承沟道仿真模型，可以得出超精参数对陶瓷轴承沟道表面接触应力的影响。金刚石油石与轴承沟道表面接触应力随工件切线速度的提高而减小，随油石压力的增大而增大，随油石摆动速度的提高而增大。2、在超精加工阶段，适当提高工件切线速度、油石压力、长行程摆荡速度，降低短行程振荡速度有助于改善加工质量。超精加工阶段的最佳工艺参数为：工件切线速度350m/min，油石压力0.8MPa，长行程摆荡速度800U/min，短行程振荡速度1600U/min。3、通过对超精加工前后氧化锆陶瓷轴承沟道表面形貌的分析，超精加工的去除方式以塑性去除为主。
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