Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình phân tích cả gia công song song và gia công chéo với bánh mài hình cung trong hư hại do gia công và lực gia công
Tóm tắt
Phân bố của độ dày phôi chưa biến dạng (UCT) trong khu vực tiếp xúc giữa bánh mài và chi tiết gia công là rất quan trọng để phân tích hư hại do gia công và lực gia công trên các vật liệu giòn. Gia công chéo (CG) và gia công song song (PG) là hai chế độ cơ bản trong gia công phi cầu. Tuy nhiên, rất ít nghiên cứu cung cấp tính toán phân bố UCT trong CG hoặc PG dạng hình tròn. Để khắc phục khó khăn này, hình học 3D của khu vực tiếp xúc được mô hình hóa và chia thành các phần nhỏ. Phân bố UCT được tính toán dựa trên tốc độ loại bỏ vật liệu trong mỗi khu vực được chia và được điều chỉnh dựa trên phân phối chuẩn của chiều cao nhô ra của hạt mài. Độ nhám bề mặt (SR) và hư hại bên dưới bề mặt (SSD) có thể được ước lượng bằng các phương trình cơ bản (tức là, quan hệ giữa độ sâu của các vết nứt trung bình/ bên hông và độ sâu xâm nhập). Để xác minh phương pháp đã đề xuất, kết quả thử nghiệm trên kính BK7 của Sun và cộng sự đã được phân tích lại. Thông qua so sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm, yếu tố Kf cho CG và PG, đại diện cho tính ngẫu nhiên của UCT, được xử lý riêng biệt. Sau đó, các hư hại do bánh mài hình cung #400 gây ra đã được phân tích, và hai mẫu gốm SiC đã được gia công. Kết quả giải thích lý do tại sao CG lại cho chất lượng bề mặt kém hơn so với PG. Hơn nữa, các lực bình thường trong việc gia công gốm SiC bằng bánh mài hình cung #200 đã được đo và phân tích. Mô hình lực, dựa trên giả định về năng lượng gia công đặc trưng trên từng hạt mài, đã cung cấp hiểu biết tốt hơn về cơ chế loại bỏ vật liệu.
Từ khóa
#gia công phi cầu #lực gia công #mất mát vật liệu #phân bố UCTTài liệu tham khảo
Brinksmeier E, Mutlugünes Y, Klocke F, Aurich JC, Shore P, Ohmori H (2010) Ultra-precision grinding. CIRP Ann 59(2):652–671. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.05.001
Malkin S, Hwang TW (1996) Grinding mechanisms for ceramics. CIRP Ann 45(2):569–580. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60511-3
Koshy P, Zhou Y, Guo C, Chand R, Malkin S (2005) Novel kinematics for cylindrical grinding of brittle materials. CIRP Ann 54(1):289–292. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60105-X
Sun X, Stephenson DJ, Ohnishi O, Baldwin A (2006) An investigation into parallel and cross grinding of BK7 glass. Precis Eng 30(2):145–153. https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2005.07.001
Chen J, Shen J, Huang H, Xu X (2010) Grinding characteristics in high speed grinding of engineering ceramics with brazed diamond wheels. J Mater Process Technol 210(6):899–906. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2010.02.002
Gu W, Yao Z, Li K (2011) Evaluation of subsurface crack depth during scratch test for optical glass BK7. Proc Inst Mech Eng C J Mech Eng Sci 225(12):2767–2774. https://doi.org/10.1177/0954406211412458
Jing X, Maiti S, Subhash G (2010) A new analytical model for estimation of scratch-induced damage in brittle solids. J Am Ceram Soc 90(3):885–892
Chen J, Fang Q, Li P (2015) Effect of grinding wheel spindle vibration on surface roughness and subsurface damage in brittle material grinding. Int J Mach Tools Manuf 91:12–23. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2015.01.003
Wang C, Fang Q, Chen J, Liu Y, Jin T (2016) Subsurface damage in high-speed grinding of brittle materials considering kinematic characteristics of the grinding process. Int J Adv Manuf Technol 83(5):937–948. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7627-8
Quan J, Fang Q, Chen J, Xie C, Liu Y, Wen P (2017) Investigation of subsurface damage considering the abrasive particle rotation in brittle material grinding. Int J Adv Manuf Technol 90(9):2461–2476. https://doi.org/10.1007/s00170-016-9567-3
Liu L, Zhang F (2017) Prediction model of form error influenced by grinding wheel wear in grinding process of large-scale aspheric surface with SiC ceramics. Int J Adv Manuf Technol 88(1):899–906. https://doi.org/10.1007/s00170-016-8850-7
Xi JP, Zhao HY, Li B, Ren DX (2016) Profile error compensation in cross-grinding mode for large-diameter aspheric mirrors. Int J Adv Manuf Technol 83(9):1515–1523. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7689-7
Chen B, Guo B, Zhao Q (2015) An investigation into parallel and cross grinding of aspheric surface on monocrystal silicon. Int J Adv Manuf Technol 80(5):737–746. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7045-y
Saeki M, Kuriyagawa T, Lee JS, Syoji K (2001) Machining of aspherical opto-device utilizing parallel grinding method. In: Aspe Annual Meeting
Klecka M, Subhash G (2008) Grain size dependence of scratch-induced damage in alumina ceramics. Wear 265(5):612–619. https://doi.org/10.1016/j.wear.2007.12.012
Chudnovsky A, Dolgopolsky A, Kachanov M (1984) Elastic interaction of a crack with microcracks. In: Valluri SR, DMR T, Rao PR, Knott JF, Dubey R (eds) Fracture 84. Pergamon, pp 825–832. https://doi.org/10.1016/B978-1-4832-8440-8.50058-2
Chandra A, Wang K, Huang Y, Subhash G, Miller MH, Qu W (1999) Role of unloading in machining of brittle materials. J Manuf Sci Eng 122(3):452–462. https://doi.org/10.1115/1.1285903
Li C, Zhang F, Meng B, Liu L, Rao X (2017) Material removal mechanism and grinding force modelling of ultrasonic vibration assisted grinding for SiC ceramics. Ceram Int 43(3):2981–2993. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.11.066
Jiang Z, Yin Y, Wang Q, Chen X (2016) Predictive modeling of grinding force considering wheel deformation for toric fewer-axis grinding of large complex optical mirrors. Journal of Manufacturing Science and Engineering 138(6):061008-061008-061010. https://doi.org/10.1115/1.4032084
Lin S, Jiang Z, Yin Y (2019) Research on arc-shaped wheel wear and error compensation in arc envelope grinding. Int J Adv Manuf Technol 103:1847–1859. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03460-4
Chang H-C, Wang JJJ (2008) A stochastic grinding force model considering random grit distribution. Int J Mach Tools Manuf 48(12):1335–1344. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2008.05.012
Hou ZB, Komanduri R (2003) On the mechanics of the grinding process – Part I. Stochastic nature of the grinding process. Int J Mach Tools Manuf 43(15):1579–1593. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(03)00186-X
Shi Z, Malkin S (2003) An investigation of grinding with electroplated CBN wheels. CIRP Ann 52(1):267–270. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60581-2
Anandita S, Mote RG, Singh R (2017) Stochastic analysis of microgrinding tool topography and its role in surface generation. J Manuf Sci Eng 139(12):121013-121013-121014. https://doi.org/10.1115/1.4038056
Li C, Sun L, Yang S, Zhang L, Wu C, Jiang Z (2018) Three-dimensional characterization and modeling of diamond electroplated grinding wheels. Int J Mech Sci 144:553–563. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.06.010
Aurich JC, Herzenstiel P, Sudermann H, Magg T (2008) High-performance dry grinding using a grinding wheel with a defined grain pattern. CIRP Ann 57(1):357–362. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2008.03.093
Singh V, Venkateswara Rao P, Ghosh S (2012) Development of specific grinding energy model. Int J Mach Tools Manuf 60:1–13. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2011.11.003
Hwang TW, Evans CJ, Malkin S (1999) Size effect for specific energy in grinding of silicon nitride. Wear 225:862–867. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(98)00406-2
Lawn BR, Evans AG, Marshall DB (1980) Elastic/plastic indentation damage in ceramics: the median/radial crack system. J Am Ceram Soc 63(9-10):574–581
Esmaeilzare A, Rahimi A, Rezaei SM (2014) Investigation of subsurface damages and surface roughness in grinding process of Zerodur® glass–ceramic. Appl Surf Sci 313:67–75. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.05.137
Li HN, Yu TB, Zhu LD, Wang WS (2016) Evaluation of grinding-induced subsurface damage in optical glass BK7. J Mater Process Technol 229:785–794. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.11.003
Wang W, Yao P, Wang J, Huang C, Zhu H, Liu H, Zou B, Liu Y (2017) Controlled material removal mode and depth of micro cracks in precision grinding of fused silica – a theoretical model and experimental verification. Ceram Int 43(15):11596–11609. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.05.327
Tonnellier X (2009) Precision grinding for rapid manufacturing of large optics. Cranfield University, England
Li Z, Zhang F, Luo X (2018) Subsurface damages beneath fracture pits of reaction-bonded silicon carbide after ultra-precision grinding. Appl Surf Sci 448:341–350. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.04.038
Yao Z, Gu W, Li K (2012) Relationship between surface roughness and subsurface crack depth during grinding of optical glass BK7. J Mater Process Technol 212(4):969–976. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.12.007
Malkin S, Guo C (2008) Grinding technology-theory and applications of machining with abrasives, 2nd edn. Industrial Press New York, New York
Xie J, Lu YX (2011) Study on axial-feed mirror finish grinding of hard and brittle materials in relation to micron-scale grain protrusion parameters. Int J Mach Tools Manuf 51(1):84–93. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2010.08.005
Lawn BR, Evans AG (1977) A model for crack initiation in elastic/plastic indentation fields. J Mater Sci 12(11):2195–2199. https://doi.org/10.1007/BF00552240
Bifano TG, Dow TA, Scattergood RO (1991) Ductile-regime grinding: a new technology for machining brittle materials. J Eng Ind 113(2):184–189
Bi Z, Tokura H, Yoshikawa M (1988) Study on surface cracking of alumina scratched by single-point diamonds. J Mater Sci 23(9):3214–3224. https://doi.org/10.1007/BF00551297
Xie J, Deng ZJ, Liao JY, Li N, Zhou H, Ban WX (2016) Study on a 5-axis precision and mirror grinding of glass freeform surface without on-machine wheel-profile truing. Int J Mach Tools Manuf 109:65–73. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2016.07.011
Dai J, Su H, Hu H, Yu T, Zhou W, Ding W, Ji S, Zheng Y (2017) The influence of grain geometry and wear conditions on the material removal mechanism in silicon carbide grinding with single grain. Ceram Int 43(15):11973–11980. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.06.047
Cai MB, Li XP, Rahman M (2007) Study of the mechanism of nanoscale ductile mode cutting of silicon using molecular dynamics simulation. Int J Mach Tools Manuf 47(1):75–80. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.02.016
Wang W, Yao P, Wang J, Huang C, Kuriyagawa T, Zhu H, Zou B, Liu H (2017) Elastic stress field model and micro-crack evolution for isotropic brittle materials during single grit scratching. Ceram Int 43(14):10726–10736. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.05.054