【摘 要】
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针对金属基体砂轮质量大、比强度比模量低,导致在高速超高速磨削中砂轮径向变形大、主轴负荷大、功率消耗高、抗振性差,影响磨削加工精度与加工表面质量的问题,开展碳纤维增
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针对金属基体砂轮质量大、比强度比模量低,导致在高速超高速磨削中砂轮径向变形大、主轴负荷大、功率消耗高、抗振性差,影响磨削加工精度与加工表面质量的问题,开展碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)基体砂轮设计、制造及其性能研究。CFRP具有高比强度比模量、高疲劳强度、高阻尼、轻质、低热膨胀系数,以及可设计、易成型的特性,为制造适合高速超高速磨削用的砂轮基体提供了可能性。本文完成的主要工作及取得的成果如下:(1)采用ABAQUS有限元仿真软件,建立砂轮有限元模型,分析了CFRP砂轮与钢基体砂轮的性能差异。有限元仿真结果表明,CFRP砂轮的抗振性较好;在高速超高速磨削中,CFRP砂轮的径向变形、内应力、热变形均小于钢基体砂轮。(2)根据复合材料设计与加工要求,结合高速超高速砂轮制作要求,设计并制造出了一种准各向同性铺层结构的CFRP砂轮。(3)从砂轮的固有频率与阻尼、径向变形、功率消耗、基体温升、磨削过程中的振动等方面对CFRP砂轮的性能进行评价。试验结果表明,与钢基体砂轮相比,CFRP砂轮的阻尼特性较好;在高速超高速磨削中,CFRP砂轮的径向变形较小,磨削过程中的功率消耗与振动小。
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