铝镁合金砂带磨削工艺与粘附特性实验研究

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230558

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (9): 42-50.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.230558

所属专题： 2024年机械工程

铝镁合金砂带磨削工艺与粘附特性实验研究

张峻瑞(), 樊文刚(), 吴志伟, 李江, 蒋宇豪

北京交通大学机械与电子控制工程学院∥载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室，北京 100044

收稿日期:2023-09-07 出版日期:2024-09-25 发布日期:2023-12-01
通信作者: 樊文刚（1985—），男，博士，副教授，博士生导师，主要从事砂带磨削技术与装备等研究。 E-mail:wgfan@bjtu.edu.cn
作者简介:张峻瑞（1998—），男，博士生，主要从事先进加工与智能制造研究。E-mail：zjr028212@163.com
基金资助:
国家自然科学基金青年基金资助项目(52305005);北京交通大学中央高校基本科研业务费重点资助项目(2023JBZY020);北京交通大学科技成果转化培育项目(M21ZZ200010)

Experimental Study on the Grinding Process and Adhesion Properties of Aluminum-Magnesium Alloy Abrasive Belts

ZHANG Junrui(), FAN Wengang(), WU Zhiwei, LI Jiang, JIANG Yuhao

School of Mechanical，Electronic and Control Engineering∥Key Laboratory of Vehicle Advanced Manufacturing，Measuring and Control Technology，Ministry of Education，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China

Received:2023-09-07 Online:2024-09-25 Published:2023-12-01
Contact: 樊文刚（1985—），男，博士，副教授，博士生导师，主要从事砂带磨削技术与装备等研究。 E-mail:wgfan@bjtu.edu.cn
About author:张峻瑞（1998—），男，博士生，主要从事先进加工与智能制造研究。E-mail：zjr028212@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation for Young Scientists of China(52305005)

摘要/Abstract

摘要：

铝镁合金以其质量轻、耐腐蚀等良好材料性能，广泛应用于各个领域。针对当前铝镁合金砂轮磨削加工存在的效率低、表面质量难以保证、砂轮表面易发生粘附等问题，提出采用砂带磨削技术对铝镁合金进行加工。为研究铝镁合金砂带磨削工艺规律以及在磨削过程中容易产生的粘附特性问题，运用36、60两种目数的氧化铝陶瓷、碳化硅和锆刚玉砂带进行铝镁合金磨削实验，分析不同磨削压力和砂带转速下的铝镁合金材料去除率、磨削噪声、磨削能耗和砂带材料粘附率的变化规律。结果表明：在相同磨削参数下，3种砂带中锆刚玉砂带因磨料韧性、抗冲击性、锋利程度更优，其材料去除率最高，粘附率最低，但磨削噪声和能耗更大，故在铝镁合金砂带磨削中，如果不考虑噪声和能耗的影响，可选择锆刚玉砂带以提高磨削效率；3种砂带的磨削压力达到20 N后，砂带粘附达到稳定形成阶段，磨屑堵塞磨粒间隙，使材料去除效率降低。这一结论可为铝镁合金砂带磨削压力参数的选取提供参考；在10~30 N、1 500~3 500 r/min的工艺参数范围内，磨削压力和砂带转速对材料去除率、粘附率都有很大影响，但砂带转速对磨削噪声的影响更大，磨削压力对磨削能耗的影响更大。研究结论可为提高铝镁合金砂带磨削效率与质量，降低磨削噪声与能耗提供一定参考。

关键词: 铝镁合金, 砂带磨削, 工艺规律, 材料去除, 粘附特性

Abstract:

Aluminium-magnesium alloy is widely used in various fields due to its good material properties such as light weight and corrosion resistance. In view of the low efficiency of aluminum grinding alloy grinding wheel, the difficult surface quality and the surface adhesion of grinding wheel, this study proposed the use of abrasive belt grinding technology for the processing of aluminium-magnesium alloys. In order to study the law of grinding process of aluminium-magnesium alloy abrasive belt as well as the problem of adhesion characteristics easily produced in the grinding process, the study used 36, 60 two mesh alumina ceramic, silicon carbide, zirconium corundum abrasive belts to carry out experiments on aluminium-magnesium alloy grinding, and analyzed the material removal rate of aluminium-magnesium alloy, the noise of grinding, the energy consumption of grinding, and the rule of change of the abrasive belt material adherence rate under different grinding pressures and the rotational speed of abrasive belt. The results show that: under the same grinding parameters, zirconium corundum abrasive belt has the highest material removal rate and the lowest adhesion rate due to better abrasive toughness, impact resistance and sharpness, but the grinding noise and energy consumption are greater. So in aluminium-magnesium alloy abrasive belt grinding, zirconium corundum abrasive belts can be chosen to improve the grinding efficiency if the influence of noise and energy consumption is not considered. After the grinding pressure of three abrasive belts reaches 20 N, the adhesion rate of the abrasive belt reaches a stable formation stage, and the abrasive chips block the abrasive grain gap, which reduces the material removal efficiency. This conclusion can provide a reference for the selection of grinding pressure parameters for aluminium-magnesium alloy grinding belts. Within the range of process para-meters of 10~30 N and 1 500~3 500 r/min, the grinding pressure and the speed of abrasive belts have a great influence on the material removal rate and adhesion rate. However, the grinding belt speed has a greater effect on grinding noise, and the grinding pressure has a greater effect on grinding energy consumption. The conclusions of the study can provide certain reference for improving the efficiency and quality of aluminium-magnesium alloy belt grinding and reducing the grinding noise and energy consumption.

Key words: Aluminum-Magnesium alloy, belt grinding, process law, material removal, adhesion property

中图分类号:

TG580.6

张峻瑞, 樊文刚, 吴志伟, 等. 铝镁合金砂带磨削工艺与粘附特性实验研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(9): 42-50.

ZHANG Junrui, FAN Wengang, WU Zhiwei, et al. Experimental Study on the Grinding Process and Adhesion Properties of Aluminum-Magnesium Alloy Abrasive Belts[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2024, 52(9): 42-50.

图/表 16

图1

图2

图3

图4

图5

表1

表2

图6

图7

图8

图9

图10

表3

图11

表4

图12

参考文献 24

1	沈刚．铝合金轨道客车焊缝磨抛机器人关键技术研究［D］．长春：吉林大学，2016.
2	李晓彤，汤笑之，郭雅芳．经验原子势下铝镁合金中溶质原子向位错芯迁移的最低能量路径［J］．工程科学学报，2019，41（7）：898-905.
	LI Xiaotong， TANG Xiaozhi， GUO Yafang ．Minimum energy path of a solute atom diffusing to an edge dislocation core in Al-Mg alloys based on empirical atomic potential［J］．Chinese Journal of Engineering，2019，41（7）：898-905.
3	李滨，刘思宇，袁文洋，等．车铣复合加工方法在铝镁合金机匣中的应用［J］．工具技术，2018，52（1）：82-85.
	LI Bin， LIU Siyu， YUAN Wenyang，et al ．Application of turning-milling complex machining technology in aluminum-magnesium alloy casing［J］．Tool Enginee-ring，2018，52（1）：82-85.
4	KUMAR S ．Evolution of nano-porous structure of aluminium-magnesium alloy during multi-axial tensile deformation：estimation of stress-strain response and dimension-less aspect ratio［J］．Materials Chemistry and Physics，2018，220：50-57.
5	徐波，但楚臣，何兆坤，等．镁/铝合金回填式搅拌摩擦点焊的组织与性能［J］．焊接学报，2019，40（11）：106-110，165-166.
	XU Bo， DAN Chuchen， HE Zhaokun，et al ．Microstructure and properties of magnesium/aluminum alloy backfill friction stir spot welding［J］．Transactions of the China Welding Institution，2019，40（11）：106-110，165-166.
6	卢耀辉，李振生，尹小春，等．动车组铝合金车体焊缝质量等级评价的应力因数计算方法［J］．交通运输工程学报，2022，22（1）：133-140.
	LU Yaohui， LI Zhensheng， YIN Xiaochun，et al ．Calculation methods of stress factor in welding seam quality grade of emus aluminum alloy car body［J］．Journal of Traffic and Transportation Engineering，2022，22（1）：133-140.
7	何柏林，封亚明，李力．超声冲击及焊缝余高对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响［J］．中国有色金属学报，2019，29（7）：1377-1383.
	HE Bolin， FENG Yaming， LI Li ．Effect of ultrasonic impact and weld residual height on fatigue properties of 6082 aluminum alloy welded joint［J］．The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2019，29（7）：1377-1383.
8	史爱强．铝镁合金力学性能及微观变形行为研究［D］．无锡：江南大学，2023.
9	尤芳怡，钟明杰，刘建春，等．铝合金磨削加工的研究综述［J］．航空制造技术，2022，65（23/24）：133-141.
	YOU Fangyi， ZHONG Mingjie， LIU Jianchun，et al ．Review of research on grinding of aluminum alloy［J］．Aeronautical Manufacturing Technology，2022，65（23/24）：133-141.
10	张研，任延华．难加工材料磨削中的砂轮粘附及其抑制措施［J］．航空制造技术，2001，6（14）：52-54.
	ZHANG Yan， REN Yanhua ．Wheel adhesion and its restraint measures during grinding diffcult-to-machining materials［J］．Eronautical Manufacturing Technology，2001，6（14）：52-54.
11	卢守相，郭塞，张建秋，等．高性能难加工材料可磨削性研究进展［J］．表面技术，2022，51（3）：12-42.
	LU Shouxiang， GUO Sai， ZHANG Jianqiu，et al ．Grindability of high performance difficult-to-machine materials［J］．Surface Technology，2022，51（3）：12-42.
12	HUANG G Q， YU K F， ZHANG M Q，et al ．Grinding characteristics of aluminium alloy 4032 with a brazed diamond wheel［J］．The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2018，95（9）：4573-4581.
13	FAN W G， WU C X， WU Z W，et al ．Static contact mechanism between serrated contact wheel and rail in rail grinding with abrasive belt［J］．Journal of Manufacturing Processes，2022，84：1229-1245.
14	吴志伟，樊文刚，王谦，等．钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究［J］．中国机械工程， 2022，33（17）：2125-2132.
	WU Zhiwei， FAN Wengang， WANG Qian，et al ．Experimental investigation on comprehensive performance comparison for rail grinding using abrasive belt and abrasive wheel［J］．China Mechanical Engineering，2022，33（17）：2125-2132.
15	蒋靖宇，赖松柏，路丽英，等．5XXX系铝镁合金的研究进展［J］．载人航天，2019，25（3）：411-418.
	JIANG Jingyu， LAI Songbai， LU Liying，et al ．Research progress of 5xxx series Al-Mg alloy［J］．Manned Spaceflight，2019，25（3）：411-418.
16	徐喆，连峰，张会臣．基于激光加工和自组装技术改性处理铝镁合金的表面润湿性［J］．中国有色金属学报，2012，22（7）：1855-1862.
	XU Zhe， LIAN Feng， ZHANG Huichen ．Wettability of Al-Mg alloy based on laser modification and self-assembled monolayers［J］．The Chinese Journal of Nonferrous Metals， 2012，22（7）：1855-1862.
17	毕波．铝合金材料砂带磨削机理的试验研究［D］．沈阳：东北大学，2009.
18	王福明，黄云．基于砂带磨削的铝合金磨削力和表面粗糙度的研究［J］．机床与液压，2008（1）：43-45.
	WANG Fuming， HUANG Yun ．Research of grinding force and surface roughness of aluminum alloy based on the abrasive belt grinding［J］．Machine Tool & Hydraulics，2008（1）：43-45.
19	HUANG Z， HUANG Y， WU Y Y ．Finishing advanced surface of magnesium alloy tube based on abrasive belt grinding technology［J］．Materials Science Forum，2009，610（1）：975-978.
20	AHN J H， LEE M C， JEONG H D，et al ．Intelligently automated polishing for high quality surface formation of sculpture die［J］．Journal of Materials Processing Technology，2002（130）：339-344.
21	张晓芳．超声辅助砂带磨削铝合金仿真与实验研究［D］．泉州：华侨大学，2016.
22	高宾华，保文成，陈超群，等．延塑性航空合金磨削砂轮粘附及粘附抑制技术的研究现状与展望［J］．航空制造技术，2021，64（7）：53-71.
	GAO Binhua， BAO Wencheng， CHEN Chaoqun，et al ．Research status and future development of wheel loading and suppressed in grinding of ductility aeronautical alloys［J］．Aeronautical Manufacturing Techno-logy，2021，64（7）：53-71.
23	何喆．面向钢轨打磨的砂带磨损机理与规律研究［D］．北京：北京交通大学，2021.
24	巩亚东，赵显力，张伟健，等．机器人砂带磨削单磨粒材料去除影响因素［J］．东北大学学报（自然科学版），2023，44（9）：1285-1291.
	GONG Yadong， ZHAO Xianli， ZHANG Weijian，et al ．Factors influencing single abrasive material removal for robotic abrasive belt grinding［J］．Journal of Northeastern University （Natural Science），2023，44（9）：1285-1291.

砂带转速/（r·min^-1）	粘附显微图
砂带转速/（r·min^-1）	氧化铝陶瓷	碳化硅	锆刚玉
1 500
2 000
2 500
3 000
3 500

[1]	王清辉谢柳杰许晨旸陈锐奇周雪峰. 曲面抛光的材料去除模型与摆线轨迹控制 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(3): 8-15.
[2]	何喆李建勇刘月明聂蒙樊文刚. 砂带虚拟形貌的建模[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2017, 45(12): 85-91,105.
[3]	李敏袁巨龙吕冰海姚蔚峰戴伟涛 . 剪切增稠抛光加工Si₃N₄陶瓷的试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2015, 43(9): 113-120.
[4]	王建彬朱永伟居志兰徐俊左敦稳. 乙二醇对固结磨料研磨蓝宝石晶圆的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2014, 42(11): 25-30,39.

铝镁合金砂带磨削工艺与粘附特性实验研究

Experimental Study on the Grinding Process and Adhesion Properties of Aluminum-Magnesium Alloy Abrasive Belts

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 16

参考文献 24

相关文章 4

编辑推荐

Metrics

本文评价