软固结磨粒群的理想切削条件与模具激光强化曲面气压砂轮高效光整工艺

针对模具激光强化表面光整加工技术瓶颈，提出一种基于软固结磨粒气压砂轮的光整加工新方法，对相关科学问题和关键工艺开展研究。主要内容：气压砂轮双层状高聚物结构的力学行为规律；砂轮表面软固结磨粒邻域弹性支撑条件和动力学行为约束；非均匀曲率表面光整接触区内软固结磨粒群的力学行为、微切削机理和理想切削条件；气压砂轮非稳定性扭转与变形导致表面颤振的机理和抑制方法；气压砂轮基体与磨粒粘结剂的强化与柔性优化设计；气压砂轮光整加工的材料去除机理、工艺参数优化和动力学控制原理；建立气压砂轮模具激光强化表面自动化光整系统原型样机。主要创新点：提出了软固结磨粒群切削过程理论分析方法和软固结磨粒群的理想切削条件；提出了软固结磨粒气压砂轮新型光整工具以及基于该工具的光整加工新方法，该方法同时兼有固结磨粒磨削和游离磨粒抛光的技术优势，可用于激光强化自由曲面初期光整阶段的自动化加工，并获得良好的加工效率。

为了解决激光强化自由曲面难以高效光整加工的难点，提出了一种软固结磨粒气压砂轮加工方法。通过高聚物粘结剂在充气柔性砂轮表面构成磨粒层构成一种新型光整加工工具，研究气压砂轮软固结磨粒群在光整加工中的受力状况及其群体效应，并获得对激光强化自由曲面的高效光整加工效果。主要成果有：采用芳纶浆粕和Lyocell纤维实现了气压砂轮橡胶基体的增强；对Halpin-Tsai方程进行了修正，建立了复合材料的模量预测模型和强度预测模型；建立了气压砂轮双层弹性力学模型，得出了气压砂轮橡胶基体接触力学模型；建立了气压砂轮的黏弹性三元件模型；采用离散元方法，对密集磨粒群进行了力学分析，建立了气压砂轮单颗磨粒的力学模型；研究了软固结磨粒群的微观作用机理，分析了蠕变效应，给出了颗粒微观平动与转动位移公式，建立了修正的Preston方程用于描述材料去除模型；确定了六自由度机器人末端节点的位移与振动强度的经验公式，提出了一种基于VRML技术的模具边界线提取方法，优化了模具边界邻域气压砂轮进动加工轨迹，设计了气压砂轮进动加工轨迹规划与振动优化系统，通过机器人控制气压砂轮进动光整加工，并实现对颤振的抑制，通过灰色关联法和层次分析法的TOPSIS多属性决策方法优化了加工工艺参数，最终实现了对激光强化自由曲面的高效光整加工。