高速磨削18CrNiMo7-6齿轮钢对残余应力的影响

18CrNiMo7-6以其良好的力学性能和加工性能,被广泛作为高速重载齿轮领域的材料。18CrNiMo7-6齿轮钢经过渗碳淬火处理后,采用高速磨削工艺及陶瓷CBN砂轮对材料表面进行磨削,使用X射线衍射仪测量其表面残余应力,通过本试验为提高此种材料的表面完整性提供了试验依据。试验中,以单因素试验法研究磨削用量(砂轮线速度、工作台速度和切削深度)对材料表面残余应力的影响。结果表明:砂轮线速度对残余应力的影响最大,工作台速度次之,切削深度影响不明确;垂直于磨削方向的残余应力绝对值大于沿磨削方向。     

螺旋伞齿轮磨削残余应力分布规律及仿真分析

螺旋伞齿轮作为重型车辆传动系统的关键零部件,其表面完整性对整车机动性和可靠性起着关键作用。磨削作为齿轮最后一步加工工序,磨削过程产生的残余应力将直接影响齿轮疲劳性能。若残余应力控制不当,将导致齿轮在使用过程中过早发生疲劳失效,产生齿面疲劳点蚀和根部疲劳断裂等问题。针对重型车辆螺旋伞齿轮设计磨削试验,研究不同磨削参数下螺旋伞齿轮残余应力的分布规律;结合磨削前后齿轮残余应力的状态,获得实际磨削过程残余应力;基于力热耦合有限元仿真法计算螺旋伞齿轮磨削残余应力。研究结果表明：齿轮凸面平行磨削方向残余压应力最小,磨削过程使齿面产生拉应力而亚表层产生压应力,力热耦合有限元仿真法能有效用于螺旋伞齿轮磨削残余应力的预测和分析。     

22CrMnMo大模数齿轮磨削裂纹的原因与控制措施

从磨削过程中磨削热、磨削力、齿面应力状态及磨削之前的渗碳淬火工序所得的显微组织等方面，阐述裂纹产生的原因．并提出从磨削工艺上降低磨削温度、从淬火处理上改善齿轮表面应力状态等措施，可有效控制和防止该齿轮的磨削裂纹的产生。     

汽车渗碳淬火齿轮的表面残余应力研究

研究了汽车齿轮生产中渗碳热处理过程中淬火冷却和回火状况，以及磨削加工对汽车齿轮表面残余应力的影响。研究表明，充分淬火冷却有利于表面残余压应力的提高，正确的磨削工艺不改变残余应力的分布，但过多的磨削热会在次表层产生高的拉应力。     

磨削过程与磨削表面残余应力关系的数学模型

通过对磨削表面残余应力形成机理的分析,建立了一种反映磨削过程与磨削表面残余应力关系的数学模型。该模型反映了磨削过程中力、温度、磨削液冷却性能影响磨削表面残余应力的规律。     

切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明：与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。     

陶瓷磨削温度对表面残余应力的影响

研究了磨削热对陶瓷表面残余应力的影响。采用夹式热电偶结构和高精度信号调理器测试陶瓷磨削温度，根据正交设计法测量的磨削温度实验结果说明：磨削温度随着磨削深度和砂轮速度的增加而提高；磨削深度ap=30μm是磨削残余应力和磨削温度曲线的转变点；磨削温度随着连续磨削次数的增加而增加，在磨削过程中磨削温度具有明显的累积效应。     

微结构模具磨削加工仿真分析与实验研究

微结构工件在磨削加工过程中产生的残余应力将导致工件变形,表面机理受到破坏,严重影响其工作性能和加工精度。本文采用实验与回归法相结合推导了超硬材料Si C的磨削力公式,找出影响磨削力大小的相关因素。为分析V形槽结构磨削加工过程中残余应力的分布规律,提出了V形槽结构磨削加工有限元建模方法。同时,采用不同数值的磨削深度进行模拟,以分析磨削用量对残余应力大小的影响,为磨削过程中参数选取、残余应力分析提供参考。     

基于ANSYS的磨削残余应力场仿真研究

作为影响工件表面完整性的关键因素之一,残余应力影响工件强度,在制造时会导致产生变形和开裂等工艺缺陷,同时在制造后的自然释放过程中也会导致材料的疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低。本文借助有限元分析软件ANSYS,采用热—力顺序耦合方法,建立了平面磨削残余应力场的有限元模型。该模型能够动态反映磨削加工过程中工件表层残余应力的变化情况。在此基础上,分析了不同磨削参数对工件表层残余应力的影响,从计算机仿真角度对磨削加工工艺参数进行了优化。仿真结果表明,在磨削过程中,工件表层同时存在着残余拉应力和残余压应力,与其他磨削参数相比,磨削深度对残余应力的影响最为显著。     

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层的高速磨削机理试验研究

针对超音速火焰喷涂WC-17Co高硬涂层的加工难题,对WC-17Co涂层进行了高速/超高速磨削试验。通过考察不同金刚石砂轮和磨削工艺参数对磨削力、磨削温度和表面残余应力、表面/亚表面微观形貌和表面粗糙度的影响,讨论了最大未变形切屑厚度与比磨削能的内在关系,分析了磨削温度对表面残余应力的作用规律,探讨了法向磨削力对涂层亚表面损伤的作用规律。结果表明：WC-17Co涂层磨削去除是脆性和延性去除并存;提高砂轮线速度将使磨削力先快速减小后缓慢增大,磨削温度持续升高,涂层磨削从脆性去除转为延性去除的趋势也逐渐增强,表面残余应力由压应力逐渐转变为拉应力,而磨削高温引起涂层热塑性变形是表面残余应力状态转变的根本原因。涂层亚表面磨削损伤层平均深度随法向磨削力的增大而变大。提高砂轮线速度、降低工作台速度和减小磨削深度均能增大涂层磨削塑性去除的比例。     

强力砂带平面磨削的磨削机理（上）

报导了在强力砂带磨削工艺实现与磨削机理研究等方面所做的工作，重点介绍了磨削加工精度、磨削温度、砂带磨损、工件表面残余应力等磨削机理方面的研究结果。这些研究结果对完善磨削机理和强力砂带平面磨削工艺在我国广泛应用具有重要的理论和实践意义。     

齿轮磨削中磨削力数学模型的研究

基于锥面砂轮磨齿展成运动的几何模型,计算出砂轮在任意冲程中所磨除金属材料的几何形状尺寸,在平面磨削磨削力计算公式的基础上对该被磨除金属材料沿磨削宽度方向进行积分,得到了齿轮磨削加工过程中磨削力的计算公式,应用该公式进行了仿真计算,得到了两种提高齿轮磨削加工质量的方法。     

Experiment research on grind-hardening of AISI5140 steel based on thermal compensation

The grind-hardening process utilizes the heat generated to induce martensitic phase transformation. However, the maximum achievable harden layer depth is limited due to high grinding forces, and the tensile residual stress appears on the ground surface in the grind-hardening process. This paper proposes a new grind-hardening technology using thermal compensation. The workpiece of AISI5140 steel is preheated by electric resistance heating, and ground under the condition of the workpiece temperature 25°C, 120°C, 180°C and 240°C. The grinding force, harden layer depth and surface quality including residual stress on ground surface, surface roughness and micro-hardness are investigated. The experimental results show that a deep harden layer with a fine grain martensite can be obtained with the thermal compensation. The ground workpiece surface produces a certain compressive residual stress, and the residual compressive stress value increases with preheating temperature. As the preheating temperature increases, grinding force slightly decreases, while there is slightly increment of surface roughness. Compared with the conventional grind-hardening process, both the harden layer depth and residual stress distribution are significantly improved.

     

基于ANSYS的磨削热分析中移动热源加载技巧

介绍利用ANSYS进行磨削热分析时移动热源的加载方法,阐述当磨削面为曲面时移动热源的加载技巧,对曲面(如齿轮)磨削过程热状态研究具有指导意义.     

Residual stresses due to a moving heat source

An analytical model based on finite element method is presented for determination of the residual stresses of thermal and mechanical origin due to surface grinding process. The temperature field within the workpiece is determined as the quasi-steady state temperature distribution due to the moving heat source. An iterative procedure is employed for evaluation of the step-by-step movement of the temperature field and the force, in order to simulate the movement of the grinding wheel over the workpiece. Computation of the elastic-plastic stress history culminates in the residual stress state of the workpiece. Influence of the magnitude of mechanical force, the rate of heat input and the speed of movement of workpiece on the residual stress distribution, are discussed.     

汽车渗碳淬火齿轮磨削烧伤的研究

德国ZF公司常采用20MnCr5作为变速器的齿轮材料,在经过渗碳淬火处理后的磨齿工艺中,轮齿齿面会发生磨削烧伤,使其表面质量大大降低.通过分析渗碳淬火齿轮磨削烧伤的实质以及对表面质量的影响,从砂轮、磨削条件、切削液、渗层碳浓度等方面阐述了磨削烧伤的主要影响因素,并给出消除齿轮磨削烧伤的一些措施.     

基于温度场的磨齿热特性研究

根据七轴五联动螺旋锥齿轮磨齿机的结构模型和数控磨削原理,采用热传导和矩形移动热源理论及有限元分析方法,建立了磨齿温度场有限元分析3D模型和磨齿瞬态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热特性。实例分析表明,磨齿瞬态最高温度远高于磨齿稳态温度,且位于磨削弧中心;其它各点的瞬态温度,随位置、时间以及其它影响因素的不同,呈现不同的变化规律。磨齿瞬态热应力、热变形与磨齿瞬态温度密切相关,同时还受结构、材料特性和磨削条件等因素影响,磨齿瞬态最大热应力与热变形位于磨齿瞬态最高温度附近。在其它条件相同时,采用油基磨削液的瞬态最高温度、热应力与热变形均比采用水基磨削液时要大。这些研究为控制螺旋锥齿轮磨削质量以及磨齿热变形的修形提供了依据。     

THE SURFACE INTEGRITY IN MACHINING HARDENED STEEL SKD11 FOR DIE AND MOLD

Milling cutters were evaluated by tool wear, cutting force and vibration. Surface integrity of grinding and milling were investigated by comparing residual stress distributions, metallurgical structure, hardened layer depth and surface roughness. And influence of cutting tool wear on surface integrity was investigated. Experimentations revealed that the preferable surface integrity would be obtained if the proper milling cutter as well as a small wear criterion were adopted to avoid the advent of tempered martensite. The research results pointed out the feasibility of taking milling as the finish machining process instead of grinding in machining hardened steel with high efficiency.     

THE SURFACE INTEGRITY IN MACHINING HARDENED STEEL SKD11 FOR DIE AND MOLD

Milling cutters were evaluated by tool wear, cutting force and vibration. Surface integrity of grinding and milling were investigated by comparing residual stress distributions, metallurgical structure, hardened layer depth and surface roughness. And influence of cutting tool wear on surface integrity was investigated. Experimentations revealed that the preferable surface integrity would be obtained if the proper milling cutter as well as a small wear criterion were adopted to avoid the advent of tempered martensite. The research results pointed out the feasibility of taking milling as the finish machining process instead of grinding in machining hardened steel with high efficiency.