摘要：高溫合金因其良好的材料性能被廣泛的用于各領域，超聲振動輔助磨削已經成為磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)鎳基高溫合(he)金(jin)等難加(jia)工材料(liao)的(de)潛在技術。本文(wen)基于(yu)橢圓超聲振動輔助磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)（EUVG）運(yun)動學分析構(gou)建了(le)不同工藝下的(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)形貌仿真模(mo)型(xing)并(bing)計(ji)算(suan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗(cu)糙度，探(tan)究(jiu)超聲振動幅值對(dui)EUVG磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)表(biao)(biao)面(mian)(mian)加(jia)工質量(liang)的(de)影響規律。結(jie)果表(biao)(biao)明EUVG具有獨(du)特的(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)表(biao)(biao)面(mian)(mian)形貌，能夠實現(xian)對(dui)于(yu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)紋理的(de)細化以及打斷(duan)效果，并(bing)明顯的(de)降低磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗(cu)糙度。最(zui)后(hou)通過單(dan)顆(ke)粒以及磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)實驗驗證模(mo)型(xing)的(de)可靠性。為探(tan)索GH4169高溫合(he)金(jin)EUVG的(de)高質量(liang)加(jia)工工藝參數(shu)優化提供(gong)了(le)理論依(yi)據(ju)。

       1.超聲振動輔助砂帶磨削表面創成分析

       磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)沿(yan)著磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)運動(dong)(dong)(dong)軌跡(ji)，對(dui)(dui)工件進(jin)(jin)行材料去除(chu)以及(ji)表面形(xing)成。二維超聲(sheng)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)輔助砂帶(dai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)相較于(yu)一(yi)維超聲(sheng)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)輔助磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)的磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)軌跡(ji)明顯不(bu)同并且對(dui)(dui)工件材料去除(chu)、磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)表面形(xing)貌與粗(cu)糙度等(deng)都(dou)造成一(yi)定影響，本章對(dui)(dui)磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)進(jin)(jin)行了運動(dong)(dong)(dong)學分析、建立(li)了磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)以及(ji)砂帶(dai)的數學模型(xing)并進(jin)(jin)行了表面形(xing)貌的仿真。為簡化分析過(guo)程，在對(dui)(dui)于(yu)EUVG表面形(xing)貌進(jin)(jin)行建模仿真時做出如下假(jia)設(she)：（1）砂帶(dai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)過(guo)程中(zhong)運動(dong)(dong)(dong)穩定；（2）磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)過(guo)程中(zhong)磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)(li)不(bu)發生脫(tuo)落與磨(mo)(mo)(mo)(mo)損；（3）超聲(sheng)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)在磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)過(guo)程中(zhong)狀態保持穩定。       

1.2超聲振動輔(fu)助砂帶磨(mo)削下表面形(xing)貌仿真

       本文假設(she)砂帶表面(mian)磨(mo)粒分(fen)布均(jun)勻，則磨(mo)粒之間的間隔距離?可(ke)表示為：

       其中G表(biao)示(shi)磨粒(li)數(shu)，S表(biao)示(shi)結構數(shu)(在(zai)本文中G=80,S=2)。

       磨粒(li)(li)的中心點坐標(biao)為(wei)G(x0,y0,z0)，則磨粒(li)(li)的輪廓表示為(wei)：

       磨粒的平均(jun)高度可表(biao)示為[28][29]：

       其(qi)中(zhong)M為(wei)砂帶粒數。

       砂(sha)帶磨粒中心(xin)的(de)坐(zuo)標(biao)為V(x,y,z)，圓錐體的(de)中心(xin)點的(de)坐(zuo)標(biao)為G0(x0,y0,z0)，則(ze)

       其中(zhong)X和(he)Y分(fen)別為磨削(xue)表面在x和(he)y方(fang)向(xiang)的(de)大小，?為兩點之間的(de)間隔距離。

       考慮砂帶(dai)的(de)彈性磨(mo)削特點，由磨(mo)粒(li)運動(dong)軌跡我們可得知圓(yuan)錐體的(de)中心點G0(x0,y0,z0)的(de)表達式為：

       ?d為砂帶磨(mo)削過程彈性磨(mo)削的位移，其中?d≤σm·π(a_p)^2 (tan(θ/2))^2，σm為材料的流動壓力：

       其中(zhong)HV是材料維(wei)氏硬度，n是與(yu)工(gong)件(jian)之間(jian)的相互作(zuo)用，通常(chang)n=1.08。

       第i顆磨粒的中心的的表達式為(wei)：

       即(ji)圓錐體(ti)的(de)中心點(dian)沿磨(mo)粒磨(mo)削(xue)軌跡運動并對(dui)工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)產生材料(liao)去除，Z為(wei)圓錐體(ti)在工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)加工(gong)后的(de)輪廓(kuo)值(zhi)，選取在該空(kong)間磨(mo)粒輪廓(kuo)的(de)最小值(zhi)作為(wei)磨(mo)削(xue)表面(mian)(mian)的(de)輪廓(kuo)H可表達為(wei)，

       2.1 仿真結果分析

圖2.1所示(shi)為不同振幅下(xia)使用MATLAB仿(fang)真的表面(mian)形貌。由于磨(mo)削軌跡重復率(lv)隨著軸向振幅A和(he)切向振幅B的增加而提高，因此磨(mo)削后殘(can)余面(mian)積(ji)的高度會(hui)降低，且(qie)能夠提高表面(mian)粗糙度和(he)光潔度。

圖2.1不同振幅對(dui)于表面形貌的影響(xiang)（vf=5 mm/s）

       3.結論

     ;  （1）使用MATLAB對橢(tuo)圓超聲(sheng)振動(dong)磨削表面形貌(mao)進行仿真(zhen)分(fen)析，并通過實驗驗證(zheng)模(mo)型的可靠性。

       （2）隨著軸向振幅A的增加，磨削紋理的打斷效果更佳，表面粗糙度降低。切向振幅B的增加對表面形貌的影響主要表現為，重復磨削區域增加，磨削表面光潔度有所提高，表面粗糙度減小。但對紋理特征并沒有明顯的影響。