基于砂轮时变特性机理的三维打印镍基合金成型磨削精度实现与保障技术研究

During the grinding of 3D printed Nickel based superalloy, the grinding wheel itself exhibits dramatic time dependent behavior. This occurs due to the variation of the micro-topographical and mechanical properties on the wheel surface. Therefore, the study on the wheel's time dependent behavior will be critical for the process stability and product reliability. From the process modeling perspective, this involves the modeling of the time depenet grinding processes, which helps reveal the dynamic change in the grinding processes at the micro-level.In this project, the machanis of the material removal mechanism is studied, which helps quantify the micro-load in the wheel-workpiece interaction zone. In addition, with the assistance of the digital grinding wheel model, the time dependent behavior occures on the wheel surface is calculated. Therefore, the macro-wheel wear and the resultant workpiece profile accuracy could be deduced. Finally, to verify the entire process modeling and accomplish better process quality control, an on-site grinding process monitoring and diagnosis system will be developed. Generally speaking, the research in this project when accomplished will promote wider applicated of 3D printing technology in aerospace industry for better productivity and higher quality.

三维打印镍基合金成型磨削过程中，砂轮将呈现出十分明显的时变特性，即砂轮表面微观地貌与力学特性呈现出显著的动态变化，上述强时变特性是由工件材料自身强度的提升以及微观各向异性造成的。砂轮的强时变特性将表现为砂轮损耗严重而且局部不均匀，并最终导致磨削质量不一致，面型精度较差等质量问题。因此，研究砂轮的时变特性及里对于精密磨削质量稳定性控制、工艺参数优化和砂轮修整策略制定有着非常重要的意义。在本项目中，通过研究三维打印材料微观去除机理、磨削过程微观载荷谱及其诱发的砂轮微观特性动态演变、由砂轮的时变特性引发的磨削质量不一致、以及相关监控与诊断技术的开发，实现了对磨削过程时变特性的动态描述，磨削参数定量化预测、优化，砂轮选择及优化，以及工业磨削监控与诊断的等基础问题。本项目的完成，将进一步推动三位打印制造技术在航空工业中的应用，为我国航空工业的发展做出贡献。

三维打印合金材料磨削过程中，砂轮将呈现出十分明显的时变特性，即砂轮表面微观地貌与力学特性呈现出显著的动态变化，上述强时变特性是由工件材料自身强度的提升以及微观各向异性造成的。砂轮的强时变特性将表现为砂轮损耗严重而且局部不均匀，并最终导致磨削质量不一致，面型精度较差等质量问题。因此，研究砂轮的时变特性及里对于精密磨削质量稳定性控制、工艺参数优化和砂轮修整策略制定有着非常重要的意义。.在本项目中，重点研究了由三维打印材料微观各向异性诱导的微观材料去除机理、砂轮微观特性测量与评估原理、以及难加工材料磨削过程的时变特性机理，并开发出相关磨削过程监控与诊断技术，实现了对磨削过程时变特性的动态描述，磨削参数定量化预测、优化，砂轮选择及优化，以及工业磨削监控与诊断的等基础问题。.在本项目研究支持下，目前已经发表或者录用SCI论文6篇，EI论文2篇，核心期刊1篇，授权专利2项，另有2篇SCI文章和3项专利正在审稿或者审查过程中。同时，本研究项目的部分成果还有力支持了后续项目的资助，并获得了NSAF、教育部资助科研、国际合作等项目的支持，累计资助金额200余万元。