金刚石砂轮的修正.docx

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1、森信息徵业越的彳注毕业设计报告课题：金刚石砂轮的修正系 部：机电工程系专 业：机电一体化班 级：高机电033姓 名：周毅学 号：11 指导老师：徐亮SOLID 69维度：3-D偶合场：热一一电节点数：8自由度：温度、电势SHELL 157维度：3-D偶合场：热一一电节电数：4自由度：温度、电势间接偶合间接偶合法又称序贯偶合法，通过把第一次场分析的结果 作为第二次场分析的载荷来实现两种场的偶合。例如热一一 应力偶合分析是将热分析得到的接点温度作为载荷施加在后 序的应力分析中来实现偶合的。分分析22.2热分析的基础知识图-5为间接偶合法数据流图，先进行分析1的计算，产 生的结果文件lo然后将其载入

2、到分析2中，进行计算后， 最后形成结果文件2。2. 2. 1三种基本传热方式传导当物体内部存在温度差时，热量将从高温局部传递到低 温局部；而且不同温度的物体相互接触时热量会从高温物体 传递到低温物体。这种热量传递的方式称为热传导。对流对流是指温度不同的各局部流体之间发生相对运动所引 起的热量传递方式。高温物体外表常常发生对流现象。这是 因为高温外表附近的空气因受热而膨胀，密度降低并向上流 动。与此同时，密度较大的冷空气将下降并代替原来的受热 空气。辐射与传导和对流不同，热辐射是通过电磁波的方式传递能 量的过程。辐射不需要物体之间的直接接触，也不需要任何 中间介质。同一物体，温度不同时的热辐射能

3、力不一样，温度相同 的不同物体的热辐射能力也不一样。同一温度下黑体的热辐 射能力最强。自然界中的任何物体都在不断地向周围空间发射辐射 能，并吸收来自空间其他物体的辐射能。这种辐射和吸收过 程的综合作用便形成了辐射换热过程。2. 2. 2热分析基本材料属性用ANSYS进行热分析时，需要给出每一实体材料属性。 与热分析直接相关的属性包括：热传导率、比热容，靖、对 流换热系数、辐射系数、生热率。比热容“比热容是指单位质量的物质每升高（或降低）1C所吸收 （或放出）的热量。单位为J/Kg.C）焙焰的定义式为：H=U+PV式中，H为熔，U为内能，P、V分别为压力和温度。生热率“生热率既可用作材料属性赋予

4、材料，又可用作体载荷施 加到单元上，用以模拟化学反响生热或电流生热，其单位是 单位体积的热流率。2. 3瞬态热分析2. 3.1瞬态热分析的应用温度场随时间而发生变化的传热过程称为非稳态传热。实际上，无论是在自然界还是在工程中，绝大局部传热过程 都是非稳态传热。这类传热按照其过程进行的特点，可分为 周期性传热和非周期性传热两种。在周期性传热过程中，导 热物体内的温度以一定的规律，随时间周期性变化。如自然 界大地表层土壤在一昼夜和一年四季中，它的温度场都是周 期性变化的。又如在稳定情况下运行中的往复式热机，汽缸 壁内的导热也是周期性的。而在非周期性的传热过程中物体 内的温度随着时间的不断升高或降低

5、，并在经历相当长时间 后逐渐趋于周期介质的温度而最终到达平衡。这类传热过程 又称为瞬态传热。如热力机械的启动过程和挺机过程，各种 热处理过程中的工件被加热或被冷却时，都是瞬态传热。2. 3. 2瞬态热分析的基本步骤ANSYS瞬态热分析的基本步骤包括构件模型、施加载 荷、求解与后处理。构建模型模型的够建步骤如下所示：(1)确定作业名，标题与单位进入 Preprocessor 前处理。(3)设置单元类型，设置单元选项，定义单元实常数;(4)设置材料属性。(5)创立几何模型并划分网格。施加载荷计算定义分析类型假设进行新的瞬态热分析GUI： Main Menu/Solution/AnslysisTyp

6、e/Transient 假设接着上次的计算继续进行分析GUI： Main Menu/Solution/AnslysisType/Restart 设置热分析的初始条件设置均匀温度场如果模型的初始温度是均匀的，可设定所以的节 点的初始温度值。点击 Main Menu/Solution/Loads-Setting/Uniform Tempo设置参考温度定义参考温度是用于热应变的计算，热应变在数值上 等于a*(T-TREF),其中a为热膨胀系数，TREF为参考 温度。参考温度值默认为零，但可通过如下方式进行 设定：GUI: Main Menu/Solution/Loads-Setting/Refere

7、nce Temp,用于输入参考温度值。2. 设置节点温度节点温度的设定那么可以按如下方法进行：GUI:MainMenu/Solution/Loads-Apply/Thermal-Temperature/On node.按GUI的方式操作，将出现如图4-5所示的画 面。假设节点温度值设为常数，那么该节点的温度在整个 瞬态热分析过程中将保持不变。当然，节点的温度也 可以通过现存的表格(Existing Table)或新建表格 (New Table)的方式进行设定。3. 设置节点初始温度在瞬态热分析中，假设节点温度的初始值是的，那么 可通过如下方法进行设定：Main Menu/Solution/Lo

8、ads-Apply/Initial Conditn/Define,GUI 方式操作，选中阿施加初始温度值的节点后，将出现 如图4-6所示的画面，在图4-6中，从DOF to be specified 下拉列表中选择 Temp,并 Initil value of DOF 文本框中输入一定的温度值，然后点击OK确定，即 可定义所选节点的初始温度值。4. 通过稳态热分析获取初始温度基本参数如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析建立初始条件：设定载荷(如的温度、热对流等)写入载荷步文件：GUI:Main Menu/Preprocessor/LoadsAVrite LS File

9、或先求解：Main Menu/Solution/Solve/Current LS 求解在对一个瞬态热分析问题进行求解时，与稳态热分析类 似，通常也需要指定一些关键的载荷步选项。其中包括： Time/Frequenc选项、非线性选项以及输出选项。(1) Time/Frequenc 选项指定载荷步的结束时间：GUI:Menu/Solution/LoadStepOpts-Time/Frequenc/Time and Substps设置载荷步的载荷子步数(或时间增量)对于非线性分析，每个载荷步需要多个载荷子步。时 间步长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精 度越高，同时计算的时间越长。GULMen

10、u/Solution/LoadStepOpts-Time/Frequenc/Time and Substps设置Stepped选项与Ramped选项如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为Stepped 选项；如果载荷值随着时间线性变化，那么要设定为 Ramped 选项。GUI:Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps自动时间步长：本选项为ON时，在求解过程中将自 动调 整时间 步长。GUI: Menu/Solution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time and Substps时间积分

11、效果：如果将此选项设定为OFF,将进行热 稳态 分析。 GUI: Menu/S olution/Load Step Opts-Time/Frequenc/Time Integration(1)非线性选项假设点击 GUI:Menu/Solution/Load StepOpts-Nonlinear,将出现如图3-3所示的非线性选 项对话框。(2)求解GUI: Men u/S ol ution/C urrent LS后处理对于瞬态热分析问题,ANSYS提供了两种后处理方式, POST1 和 POST26oPOST1用于对整个模型在某一载荷步4时间点)的结果进 行后处理：GUI： Main Menu/

12、General Postproc(1)用POST1进行后处理进入POST1后，可以读取某一时间点的结果：GUI： Main Menu/General Postproc/Read Results/By Time/Freq 如果设定的时间点不在任何一个子步的时间带点上， ANSYS会进行线性插值。此外还可以读取某一载荷步的结果：GUI： Main Menu/General Postproc/Read Results/By Load Step然后就可以采用与稳态热分析类似的方法，对结果进行彩 色云图显示、适量图显示、打印列表等后处理。(2)用POST26进行后处理首先要定义变量：GUI ： Main

13、 Menu/TimeHist Postproc/Define Variables或列表输出：GUI ： Main Menu/TimeHist Postproc/List Variables第三章有限元分析的步骤(1) 3.1：定义单元类型选择 Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete 命 令，出现Element Types对话框。(1) 点击Add按钮，出现Library of Element Types对话框。所示。(2) 在 Library of Element Types 第一列表框中选择 Thermal Solid, 在第二

14、个列表框 中选择Brick 8node 70,在 Element type reference number 文本中输入 1。(3) 单击Apply按钮，重新在Library of Element Types第一列的对 话框中选择Surface Effect,在第二列表框中选择3D thermal 152,在 Element type reference number 文本框中输入 2。(4) 单击OK按钮，关闭Library of Element Types对话框，所选择的单元类型。(6)单击0K按钮，关闭Element Types对话框。3.2 ：定义材料性能参数选择 Main Menu|

15、Preprocessor|Material Props|Material Models 命令，出 现 Define Material Modle Behavior 窗 口。(1) 在 Material Modle Available 一栏中双击 Thermal 选项，出现 Conductivity项后双击之，然后再双击Isotropic选项，出现 Conductivity for Material Number 1 对话框，在 KXX 文本中输 入砂轮的混合的导热系数6.2, o单击 OK,关闭 Conductivity for Material Number 1 对话框。(2) 在 Defi

16、ne Material Modle Behavior 窗 口 中双击 Density 选项， 出现 Density for Material Number 1 对话框，在 DENS 文本框 中输入砂轮的混合密度298o单击 OK,关闭 Density for Material Number 1 对话框。(3) 在 Define Material Modle Behavior 窗口 中双击 Specific Heat 选 项，出现 Specific Heat for Material Number 1 对话框，在 C 文 本框中输入砂轮的混合比热464.13, o单击 OK,关闭 Specifi

17、c Heat for Material Number 1 对话框。(4) 在 Define Material Modle Behavior 窗口 中双击 Convection or Film Coef.选项，出现 Convection or Film Coef for Material Number 1对话框，在HF中输入砂轮的对流热交换系数200。(5) 单击 OK,关闭 Convection or Film Coef for Material Number 1 对话框。所定义的材料性能参数。(6) 选择 Material|Exit 命令关闭 Define Material Modle Be

18、havior 窗 o：建立模型(1) 选择 Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Keypoints|In Active CS 命令会弹出 Create Keypoints In Active CS 对话框。(2) 在NTP Keypiont number文本框中输入关键点编号1,在 X,Y,ZLocation in active CS文本框中分别输入第1个关键点的3个坐标 值1,。，0,单击Apply按钮。(3) 重新在NTPKeypiont number文本框中输入关键点编号2, 在X,Y,ZLocation in active CS文本框中分别输入

19、第2个关键点的3个 坐标值-1, 0, 0o(4) 单击 OK 按钮，关闭 Create Keypoints In Active CS 对话框。 生成如的两个关键点。(5) ) 选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Rectangle|By Dimensions 命 令，出现 Create Rectangle by Dimensions 对话框。(6)在 XI,X2 X-coordinates 文本框中分别输入 0,0.01,在 Y1,Y2 Y-coordinates文本框中分别输入0.02Q1,单击OK按钮，关闭Create Rectan

20、gle by Dimensions 对话111。(6) 将工作面转换到Y-Z平面内，(8 ) 选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis 命令，出 现 Sweep Areas about axis 对话框。(9)在对话框中输入1,单击OK按钮，然后在输入1, 2,单击OK, 关闭该对话框。同时弹出新的对话框。(10)在 ARC Arc length in degrees 中输入 1。(10)单击OK,关闭Sweep Areas about axis对话框。将得到如下(11 )重新选择MainMenu|Pre

21、processor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|about axis 命令，出 现 Sweep Areas about axis 对话框。(12)在 ARC Arc length in degrees 中输入-359。(13)单击OK,关闭Sweep Areas about axis对话框。将得到如下列图 所示的其余359度的砂轮外型。VOLUMES15 2005 10:21:49TYPE NUMlaser-assisted truing and dressing for wheels(14 )选择MainMenu|Preprocessor|Modeling|

22、Operate|Booleans|Glue|Volumes,弹出 Glue Volumes对话框，单击Pick All,将着两局部粘结在一块，得到如下列图 所示的砂轮模型。ANJUN 15 2005 10:23:50：划分网格Main(1 )选择Menu|Preprocessor|Meshing|Mesh Attributes|Default Attribs 命令，将出现 Mesh Attributes 对话框。(2)在TYPE Element Type number 中选择 1 SOLIOD70。如下列图 所示。(3)单击OK,关闭Mesh Attributes对话框。(4 )选择MainM

23、enu|Preprocessor|Meshing|MeshTool 命令，将出现 MeshTool 对话框。 如下列图所示。(5)选择 Hex/Wedge,Sweep,然后单击 Sweep 按钮，弹出 VolumeSweeping对话框,(6) 选中要划分的四块较大的体积，单击OK按钮，即显示出其被划分后的网格情况。(7)选择MainMenu|Preprocessor|Meshing|MeshTool 命令，将出现 MeshTool 对话框。(8) 选择 Hex/Wedge,Sweep,然后单击 Sweep 按钮，弹出 Volume Sweeping对话框。(9) 选中要划分的较小的体积，单击

24、OK按钮，即显示出其被划分后的网格情况。(10)单击Close,关闭MeshTool对话框。将得到如下列图所示的砂 轮的网格。目录摘要3第一章 序言31. 2激光修整超硬磨料砂轮的原理31. 3激光修整金刚石砂轮的试验41.4 激光修锐后砂轮外表的微观形貌51.5 有限元计算条件7第二章有限元热分析原理的简介82.1.3 偶合场分析82.2热分析的基础知识112. 3瞬态热分析11第三章有限元分析的步骤 153.1 ：定义单元类型153.2 ：定义材料性能参数153.3 ：建立模型 163.4 ：划分网格183.5 ：加载求解203.6 ：查看计算结果25第四章结论 27结束语 28谢辞 29

25、参考文献30其局部放大图如下列图所示。其局部放大图如下列图所示。1ELEMENTSANJUN 15 200510:30:303.5：加载求解(1)MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|Elem Attributes 命 令，出现 Element Attributes 对 话框。在TYPE Elenment type number中选择2 SURF152,如下列图所示。(2) 单击 OK,关闭 Element Attributes 对话框。(3) 选择 Main Menu|Solution|Analysis Type|NewAnalysis

26、命令，出现New Analysis对话框。(4) 选中Transient单项选择按钮，如下列图所示。(5) 单击OK按钮，出现Transient Analysis对话框，如下列图所示， 采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。(6) 选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Integration!Amplitude Decay 命令，出现 Time Integration Control 对话框。(7) 在TIMINT选项中激活Off,关闭瞬态分析选项，其他采用默 认设置，单击OK关闭该对话框。(8) Main Menu

27、|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step 命令,出现 Time And Time Step Options 对话框。(9) 在TIME Time at end of Load step文本框中输入终止时间 0.01,在DELTIM Time step size文本框中输入时间步长 0.01,其他采用默认设置，单击OK按钮关闭该对话框。(10) 选择 Utility Menu|Select|Entities 命令，出现 Select Entities 对话 框。(11)在第1个下拉列表框中选择Elements,在第2个下拉列表框

28、中 选择By Attributes,在第3选项组中选中Material num单项选择按 钮，在Min,Max,Inc文本框中输入1。(12)单击Apply按钮，在第1个下拉列表框中选择Nodes,在第2 个下拉列表框中选择Attached to,在第3选项组中选中 Elements单项选择按钮，单击OK按钮。(11) 选择MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Thermal|Temperature|On Nodes 命令，出现 Apply TEMP Nodes 对话框。(14) 单击 Pick All 按钮，出现 Apply TEMP onNodes对话框。

29、(15) 在VALUE Load TEMP value文本框中输入25,单击OK按钮。 加载环境温度后的砂轮如下列图所示。TEMPlaser-assisted truing and dressing for wheelsJUN 15 200510:57:241 ELEMENTS选择 Utility Menu|Select|Entities 命令，出现 Select Entities 对话 框。(17)在第1个下拉列表框中选择Areas,在第2个下拉列表框中选择By Num/Pick,在第3选项组中选中From Full单项选择按钮。(18) 单击 Apply,出现 Select lines 对

30、话框。(19)用鼠标在荧屏上选取需要加载的面，单击OK按钮。(20)在Select Entities对话框中重新进行选择，在第1个下拉列表 框中选择Nodes,在第2个下拉列表框中选择Attached to,在 第3选项组中选中Areas,AH单项选择按钮，单击OK按钮。(21) 选择 Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Thermal|Heat Flux|On Nodes 命令，出现 Apply HFLUX Nodes 对话框。(22) 单击 Pick All 按钮，出现 Apply HFLUX on Nodes 对话框。(23) 在 VALUE Lo

31、ad HFLUX value 文本框中输入 1100000,单击 OK按钮。如下列图所示。加载后的效果如下列图所示。1ELEMENTSTEMPHFLU .110E+07JUN 15 200511:05:46yser-assisted truing and dressing(24)选择 Utility Menu|Select|Everything 命令，选中所以的占、线面、体。八八 一、(25)选择 Main Menu|Solution|Solve|Current LS 命令，出现 Solve Current Load Step 对话框，同时出 WSTATUS Command 窗 口， 选择Fi

32、leQlose命令，关闭该窗口。如下列图所示。(26) 单击 Solve Current Load Step 对话框中的 OK 按钮，ANSYS 开 始进行求解计算。(27)求解结束时，出现Solution is done提示框，单击Close按钮关 闭该提示框。(28)选 择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time-Time Step 命令，出现 Time And Time Step Options 对话框。(29) 在TIME Time at end of Load step文本框中输入终止时间1.3, 在DEUTIM T

33、ime step size文本框中输入时间步长0.1,在 DELTIM Manimum time step size文本框中输入最小的时间 步长 0.1,在DELTIM Maximum time step size 选项中输入最 大时间步长 0.5,在AUTOTS Automatic time stepping 选项组 中选中ON单项选择按钮，如下列图所示，其他采用默认设置，单击 OK按钮关闭该对话框。(30)选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Time/Frequence|Time Integration| Amplitude Decay 命令，出现 T

34、ime Integration Control 对话框。(31)在TIMINT选项中激活ON,翻开瞬态分析选项，其他采用默 认设置，如下列图所示，单击OK关闭该对话框。(32) 选择MainMenu|Solution|DefineLoads|Delete|Thermal|Temperture|On Nodes 命令，出现 Delete TEMP on Nodes对话框,单击Pick All按钮。(33)选择 Main Menu|Solution|Load Step Opts|Output Ctrls|DB/Results File 命令，出现 Controls for Database and

35、 Results File Writing 对话1匡。(34) 在 Item Item to be controlled 下拉列表框中选取 All items,在 FREQ File write frequency 选项中选择 Last substep 单项选择按钮， 在Value of N文本框中输入1,如下列图所示，单击OK按钮关 闭该对话框。(35)选择 Main Menu|Solution|Solve|Current LS 命令，出现 Solve Current Load Step 对话框，同时出现/STATUS Command 窗 口， 选择File|CIose命令，关闭该窗口。如下

36、列图所示。(36) 单击 Solve Current Load Step 对话框中的 OK 按钮，ANSYS 开 始进行求解计算。(37)求解结束时，出现Solution is done提示框，单击Close按钮关 闭该提示框。(38) 选择 Utility Menu|Finish 命令。3.6：查看计算结果(1) 选择 Main Menu|General Postproc|Read Result|Last Set 命令。(2) 选择 Utility Menu|Select|Entities 命令，出现 Select Entities 对话 框。(3) 在第1个下拉列表框中选择Elements

37、,在第2个下拉列表框中 选择By Attributes,在第3选项组中选中Material num单项选择按 钮，在Min,Max,Inc文本框中输入1 单击Apply按钮，在第1个下拉列表框中选择Nodes,在第2 个下拉列表框中选择Attached to,在第3选项组中选中 Elements单项选择按钮，单击OK按钮。(4) 选择Main Menu|General Postproc|Plot Result|Contour Plot|Nodal Solu 命令，出现 Contour Nodal Solution Data 对话框。(5) 在 Item,Comp Item to be cont

38、oured 单项选择按钮中选取 DOF solution,在 KUND Items to be plotted 选项组中选取 Def shape only选项组中选取Def shape only单项选择按钮。如下列图所示。(6) 单击OK按钮，那么ANSYS窗口将显示砂轮的温度场分布图。 如下列图所示。其局部放大的温度场分布图如下列图所示。ANJUN 15 200511:11:46NODAL SOLUTIONSTEP=2SUB =5TIME=1.3TEMP (AVG)RSYS=OSMN =22.157SMX =98.911第四章激光修整金刚石砂轮是金刚石砂轮修整的新方法。运用 ANSYS有限元

39、法建立了激光作用下砂轮温度场的数学模型， 在综合考虑各种因素条件下可以得到与实际情况较为相近的 温度场分布图，减少了运算量，所得结果简便直观。所建立 的金刚石砂轮温度场的计算机仿真系统可以对砂轮修整过程 进行前期预测、工艺参数调整及优化等，防止加热温度过高 使砂轮外表金刚石颗粒石墨化，或加热温度缺乏使砂轮外表 硬度下降不够等情况的发生，减少金刚石修整笔的磨损，提 高砂轮外表修整质量。结束语上等研磨剂砂轮的准备，包括修整和装饰,遗留一个最重 要的改善研磨技术的重要效力用于上等研磨剂砂轮到达满意 的范围，在这项研究中，在根据砂轮的外表特征详细的证明 他们是可行性之前，新的激光辅助修整和装饰已经被提

40、议和 分析，在激光辐射之后，3维力的特征、单一金刚石修整器的 磨损、包括线性度线性跳动砂轮形态在内的修整精确性。一 些结果已经和那些传统的机械修整技比拟，实验的结果说明 新的激光辅助修整和装饰技术比传统的单一金刚石方法有很 多的优势，当维持修整的精确性在相同的水平时，激光辅助 修整的效率要传统的修整高的多，大约为其5倍。金刚石修整 器的在激光辅助修整中的磨损速度要比机械的修整慢的多。 另外，在激光辅助修整中修整力的特征也显示出了不同，特 殊修整压要比在机械修整中小的多，推力与切削力的比率在 激光辅助修整中也你在机械修整中小的多，在第一个修整周 期后激光辅助修整和机械修整得到类似的砂轮外表轮廓，

41、在 第二次后却不相同。当由机械修整研磨的突起得到砂轮外表 特征，在连续修整之后激光辅助修整得一致的砂轮特征。这 个的不同应归于两种修整技术之间的金刚石修整器的磨损速 度的不同。激光辅助修整的修整力的特征与机械修整的不同 也被发现，3维的修整力要比传统的小的多，与激光援助、机 械修整不同，在激光辅助修整中推力占切削力的比率稍微和 机械修整不同。调查修整碎片装置和砂轮外表条件后显示下 面的排屑装置和激光辅助修整、传统的修整方法有很大的不 同，在这种形式下，碎片主要是氮化硼微粒的尺寸大小为 6070微米，后来主要是由修整器穿过玻璃状结合物生成的微 小的陶瓷粉末。机械修整后在砂轮外表有大量的微小的陶瓷

42、 粉末黏附着，在激光辅助修整后产生完美的多孔结构，激光 辐射在砂轮结合剂氮化硼研磨剂上，在激光发射还没有切削 时检验砂轮的外表特征，显示在砂轮的外表熔化的陶瓷结合 物又重新凝固。这个提议激光辅助修整和装饰本质是依赖于 激光辐射使硬的陶瓷结合物变软并很容易去处。谢辞在本设计完成过程中，我的导师王艳老师给了我很大帮 助和教诲，我的好友扬陈同学以及室友黄成专同学给了我很 大的帮助和方便，在此表示衷心的感谢；同时也感谢各位老 师在我大学四年的学习生涯中，在各科目的学习中给予我的 指导和帮助，对所选参考文献的作者一并表示感谢。摘要目前，金刚石砂轮在陶瓷或其他超硬材料的加工中已得 到了普遍的应用，特别是在

43、精密磨削中，呈现出加工精度高、 速度快、磨轮使用寿命长等优点。金属和树脂结合剂砂轮由 于结合剂强度高，有利于提高磨削速度，在应用中占有重要 的地位。使用金刚石砂轮加工有许多优点，但金刚石砂轮的自锐 性能较普通砂轮差，又加上金刚石的高硬度，使得金刚石砂 轮的修整比拟困难。光学曲面磨床上的金刚石砂轮不允许有任何形式的冷却 液。而传统的金刚石工具修整法、普通砂轮修整法、散粒磨 料修整法、都需要冷却液；而电解修整法、电火花修整法， 也都是在工作液中进行的。所以它们都不能适用于无工作液 的情形。而激光修整法，由于不需要冷却液而成为可选择的 方法。第一章序言2激光修整超硬磨料砂轮的原理激光加工具有高功率密

44、度、高注入速度、高加工效率、 无工具损耗、非接触、易控制和无公害等特点。利用光学系 统把激光束聚焦成极小的光斑作用于砂轮外表，理论上光的功率密度可到达IO()1。W/C77?可在极短的时间内使砂轮局部外表的材料熔化或气化，以到达修整目的.如激光功率密度 足够高，可同时去除砂轮外表的金刚石磨粒和结合剂材料， 到达砂轮整形的目的。金刚石磨料与结合剂材料的光学和热 物理性能相差较大，激光照射在砂轮外表时，金刚石对激光 的吸收率一般在0.10.3之间，而黄铜、铸铁等金属结合剂对 激光的实际吸收率在0. 7以上，树脂结合剂激光吸收率可达 0. 9以上。所以砂轮的结合剂要比金刚石磨粒吸收更多的激 光能量。

45、此外，金刚石的热导率是146W/ (m),分别是黄铜和树脂结合剂的3倍和350倍，其热扩散率是82根利2/$,分别是黄铜和树脂结合剂的5倍和400倍，金刚石的熔点是 3700-4000 ,远远高于结合剂材料。因此，通过控制激光参考文献1. 唐兴伦等，ANSYS工程应用教程，中国铁道出版社。2. 王艳等，激光辅助机械修整金刚石砂轮的温度场 分析，中国激光，2005第3期。3. 张朝辉等，ANSYS工程应用范例入门与提高，清华大学出版社。4. 全堕型 史兴宽等，激光修整金刚石砂轮的研究。5. 王艳等，金刚石砂轮的激光修整技术，上海交通 大学机械与动力工程学院，上海200030。6. 薄宵，磨工实用

46、技术手册，江苏科学技术出版社。7. 倪栋，段进等，通用有限元分析ANSYS7.0实例 精解，电子工业出版社。8. 康任科等，激光修整金刚石砂轮的研究，西北工业大学学报，1999年11月第4期。9. 傅文宏等，金刚石砂轮的激光修整技术研究，机械学报，2004年第4期。10. 王艳等，金刚石砂轮修整新技术的研究，电加工 与模具，2003年第5期。参数可选择性地去除砂轮外表的结合剂材料，而不损伤金刚 石磨粒，使砂轮外表具有一定的磨粒突出高度和容屑空间， 到达修锐砂轮的目的。1. 3激光修整金刚石砂轮的试验实验在多功能激光加工机上进行，采用HJ-3000横流。激光器，额定输出功率3kw,机床为单臂悬梁

47、式结构，西门子 802c数控控制，4轴3联动。分别对黄铜和树脂结合剂金刚石 砂轮进行激光修整试验。利用VH800三维数字显微镜观察激 光作用前后金刚石砂轮外表的微观形貌。激光扫描过程中假设 能量密度过大会引起结合剂过熔而削弱结合剂对磨料的把持 能力，同时还会对金刚石产生不利影响；假设能量密度过小那么 不能熔化结合剂，起不到修整的作用。因此合理确定激光功 率、扫描速度及焦点高度等基本参数对修整效果非常关键。 设激光光斑直径为d(mm),扫描速度为(mm/niin),功率为P(W), 那么单位扫描面积上的平均能量E可表达为 6000P/. . 2E =J / cm Idv 7对于给定的结合剂材料，根据上面的分析可知，E必须在某个 相应的范围内取值，即存在上下限。激光功率、扫描速度及 焦点高度(影响激光光斑直径)最终通过式对修锐效果综 合产生影响。激光修锐砂轮时，激光束垂直作用于砂轮外表, 通过数控系统控制砂轮的切向进给运动速度，激光器控制激 光输出功率，砂轮外表离光束焦点的距离为2nlin。试验装置实 物照片如图1所示。激光聚焦头激光聚焦头金刚石砂轮回转盘图1激光修锐砂轮装置激光运动方向激光激光好方向 二工砂轮1.4 激光修锐后砂轮外表的微观形貌树脂结合剂、黄铜结合剂金刚石砂轮磨