制造业随着工业水平的提高在国民生产中占据越来越重要的地位,不断提高加工产品的加工质量和效率一直是制造业的重要目标。硬质合金因其具有高韧性、高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能而广泛应用于各行各业,但是也正是因为硬质合金的高硬度、高强度的性能,使得其加工难度很大,为加工高质量的硬质合金产品,常常使用砂轮磨削的加工工艺对其进行有效加工。同时提升磨削加工效率既可以减少成本,也可以减少资源消耗,节能减排。本文研究对象为四种不同种类硬质合金,对硬质合金磨削加工中振动特性和表面质量进行研究。综合权衡磨削振动、表面质量和加工效率,对材料表面粗糙度、残余应力、磨削振动瞬时能量和磨削效率进行多指标正交优化,确定磨削加工的最优参数,尽可能提高加工质量和加工效率。论文主要工作如下:1.磨削力相关研究。对磨削加工磨削力特性进行简单阐述,在不同加工参数下对四种硬质合金进行磨削实验,研究加工参数、晶粒度及钴含量对单位宽度法向磨削力和切向磨削力的影响,同时对单位宽度磨削力的影响主次因素进行三元回归分析,研究表明,相同磨削加工参数下,切向磨削力小于法向磨削力大,磨削深度ap、工件进给速度vw的增加会导致磨削力增加,砂轮线速度vs的增大使得磨削力减小;不同晶粒度的硬质合金,晶粒度越小,磨削力越小;相同晶粒度,不同钴含量的硬质合金,钴含量越大,磨削力越小。对磨削力影响最大的磨削参数是磨削深度ap,其次是工件进给速度vw,砂轮线速度vs的影响最小。2.磨削过程振动特性研究。对四种硬质合金进行磨削实验,采集不同加工参数下磨削过程的振动信号,使用小波分析、最小二乘法、五点三次平滑处理对振动信号进行预处理,而后对信号的加速度幅值进行分析,并且使用HHT分析法对磨削硬质合金的振动特性进行分析,探究不同硬质合金磨削过程瞬时能量E的有关规律。研究表明,垂直磨削加工方向的振动幅值大于磨削方向;当砂轮线速度vs、磨削深度ap、工件进给速度vw减小时,每种硬质合金振动幅值也均减小;不同晶粒度的硬质合金,晶粒度越小,振动幅值也越小;相同晶粒度,不同钴含量的硬质合金,钴含量越大,振动幅值越小。振动瞬时能量的影响规律与振动加速度幅值保持一致,使用BP神经网络和RBF神经网络两种方法对振动瞬时能量进行预测,并且对比分析其结果。3.磨削表面质量研究。研究加工参数、晶粒度、钴含量对垂直、平行方向表面粗糙度和残余应力的影响规律,对粗糙度和残余应力的影响因素主次进行三元回归方法分析;探究了磨削参数与材料表面微观形貌的关系。结果表明,纳米晶粒硬质合金材料的磨削去除以塑性去除为主,但磨削过程中,随着磨削参数的变化会出现一定的脆性断裂去除形式。水平方向表面粗糙度值小于垂直方向表面粗糙度值;工件进给速度vw、磨削深度ap的增加导致两个方向表面粗糙度值均增大,砂轮线速度vs的增大会导致表面粗糙度值减小。不同晶粒度硬质合金在相同加工参数下,晶粒度越小,表面粗糙度越小;晶粒度相同的硬质合金,钴含量越小,Ra值越小。对粗糙度Ra值影响最大的是工件进给速度vw,磨削深度ap最小,砂轮线速度vs影响居中。残余应力随砂轮线速度vs增大而减小,随磨削深度ap和工件进给速度vw增大而增大。在保证加工效率的前提下,使用较小的磨削深度、较小的工件进给速度,或者使用较大的砂轮线速度可以得到较小的表面粗糙度,从而提升表面质量。4.磨削工艺指标的多指标优化。用表面粗糙度和残余应力表征加工质量,振动情况用振动瞬时能量E进行表征,材料去除率Q’w表征磨削加工效率,权衡材料去除率Q’w、表面残余应力σ、瞬时能量E和表面粗糙度Ra四个指标,结合灰色关联理论进行多指标正交优化,得到结论为:综合优化的最主要影响因素为磨削深度ap,其次是砂轮线速度vs,最小的是工件进给速度vw;在磨削实验条件下,ap=5μm,vs=20 m/s,vw=48 mm/s,为最优磨削参数组合。