磨削淬硬技术研究现状及其展望

磨削淬硬技术是一种绿色表面淬火技术,该技术视磨削热为积极因素,主动利用磨削热对工件表面进行热处理,使工件表层发生马氏体相变,达到与表面强化处理一样的性能.对磨削淬硬技术的研究现状进行总结,指出存在的问题.提出磨削淬硬技术的发展方向和展望.     

磨削强化技术对中碳钢磨削淬硬效果的研究

磨削强化技术是利用磨削加工过程中产生的大量磨削热对工件材料进行表面热处理的新工艺技术。它利用磨削热使退火或回火钢零件材料表层产生马氏体相变,达到表面强化的目的,实现了表面淬火工艺与机械加工过程的集成。本文选取45钢和60钢为研究对象,进行磨削强化试验研究。研究结果表明:在磨削温度场作用下缓进给磨削表面硬化层在深度和宽度方向上具有不同的组织变化趋势和显微硬度分布特征;表面硬化层始终存在由过渡区与未淬硬区或高温回火区组成的软化带。     

磨削淬火技术的温度场分析和材料相变研究

磨削淬火技术是利用磨削热对工件表面进行热处理 ,使工件表层发生马氏体相变 ,达到与表面强化处理一样的性能。通过对温度场的分析和材料相变的研究 ,发现利用计算机仿真磨削淬火温度场 ,不仅可以节省大量分析时间和试验费用 ,而且可以利用磨削温度场仿真技术 ,通过选择不同的工艺参数来预测和控制相变层厚度     

磨削条件对45钢最大磨削淬硬层深度的影响

以磨削淬硬实验为基础,研究了单程磨削淬硬过程中磨削深度、工件进给速度对淬硬层深度的影响;同时通过建立最大磨削淬硬层深度的计算模型并结合Matlab软件的数值仿真功能,对45钢最大磨削淬硬层深度进行模拟仿真。结果表明:最大磨削淬硬层深度随着磨削深度的增加或者工件进给速度的减小而增加;采用Matlab对最大磨削淬硬层深度进行数值仿真得到的结果与实验结果吻合度较高,通过建立适当的数学模型可以有效地预测最大磨削淬硬层深度。     

横向进给磨削淬硬温度场的数值模拟

磨削淬硬是一种将磨削加工与表面淬火相集成的绿色加工工艺,具有显著的经济和社会效益.通过建立横向进给磨削淬硬温度场的数学模型,并且利用有限元软件ANSYS对其进行数值模拟,得到工件重叠区域温度场的变化情况.仿真结果表明,工件重叠区域在表面淬硬后随即发生了低温回火,整个工件表面的淬硬效果不一致.     

磨削淬火技术中温度场的理论研究

磨削淬火是利用磨削热对工件表面进行热处理,使工件表层发生马氏体相变,达到与表面强化处理一样的性能。本文采用倾斜移动热源模型对工件温度场进行了理论计算并与Jeager移动热源模型进行了比较;分析了各加工参数对工件表面最高温度的影响;利用实验研究验证了理论分析结果。研究结果表明,在磨削淬火技术中,采用倾斜移动热源模型,可提高磨削淬火技术温度场的预测精度。     

实现零件磨削淬硬的热源优化及淬硬层预测

磨削淬硬是利用磨削加工过程中产生的热、机械复合作用直接对钢质零件进行表面硬化的加工新技术。由于零件淬硬层深度对零件性能具有显著影响,因此对零件淬硬层深度进行预测具有工程实际意义。根据热源强度变化特点,将零件沿长度方向划分为切入区、中间区以及切出区并对热源强度模型进行优化。基于有限元方法,对磨削过程中的各区域温度场分布及瞬时温度变化进行仿真分析,并对零件的切入区、中间区及切出区的淬硬层深度进行预测。结果表明,由于加工过程中热源强度的变化,磨削加工后的零件两端均有未淬硬部分,中间区淬硬层深度最大且均匀。最后将零件淬硬层深度预测与实验结果进行对比,验证了热源优化模型的合理性和预测方法的有效性。     

磨削用量对40Cr钢磨削淬硬层的影响

以平面磨削淬硬试验为基础，研究了磨削用量对40Cr钢磨削淬硬层组织与性能的影响。结果表明，在磨削淬硬加工中的热、力耦合作用下，磨削用量对磨削淬硬层的马氏体组织形貌及其高硬度区硬度值无显著影响，其高硬度值均在HV630～HV680之间。随着磨削速度的提高、磨削深度的增加或工件进给速度的降低，磨削淬硬层表面残余压应力值相应减小，但淬硬层深度以及应力作用深度相应增加。     

非调质钢磨削强化效果的研究

磨削强化是利用磨削热对工件表面进行淬硬处理的新工艺,在技术上能代替感应淬火等表面热处理工艺,可以减少加工工序,降低生产成本。本研究为曲轴等非调质钢零件的实用性研究提供参考。     

预应力淬硬磨削工件表面层质量试验研究

从抗疲劳制造与绿色制造的观念出发,融合预应力磨削与磨削淬硬技术原理,提出了将残余应力控制、表面淬火及磨削三者集成于一体的预应力淬硬磨削技术理论与方法。对45钢试件进行了预应力淬硬磨削加工试验,以工件淬硬层表面残余应力、硬度及粗糙度为研究对象,与相同条件下的磨削淬硬工艺试验结果进行了对比分析。结果表明：预应力淬硬磨削工艺可增大工件表面残余压应力,减小拉应力,其工件表面残余应力状态优于磨削淬硬工艺;预应力淬硬磨削工件表面硬度可以达到基体硬度的3倍左右,而工件表面粗糙度小于磨削淬硬工艺工件表面粗糙度。因此,在相同的加工条件下,预应力淬硬磨削工艺比磨削淬硬工艺具有更好的抗疲劳性、耐腐蚀性及表面完整性。     

42CrMo钢磨削淬硬加工中磨削力的研究

磨削力对磨削淬硬层的形成及其质量具有重要影响。本研究在MKL7132X6/12型数控强力成形磨床上对42CrMo钢进行磨削淬硬加工试验。试验结果表明,磨削深度、磨削速度和工件进给速度都是影响切向和法向磨削力的因素,且磨削深度的影响程度最大,工件进给速度最小。切向和法向磨削力会随着磨削深度和工件进给速度的增加、磨削速度的降低而增大。对磨削力比影响程度最大的是磨削深度,最小的是磨削速度。磨削力比会随着磨削速度、磨削深度的增加或工件进给速度的降低而增大。本研究为提高磨削淬硬加工质量提供了依据。     

40Cr磨削淬硬的研究方法

磨削淬硬是利用磨削热对工件表面进行淬硬处理的新技术,可替代表面淬火等热处理工艺,它有利于简化生产工艺,降低制造成本。     

40Cr钢磨削强化的试验与数值仿真

利用磨削过程中产生大量的磨削热使40Cr钢表层的温度升高,超过奥氏体化的温度,然后快速冷却,使40Cr钢表层发生马氏体相变,达到强化40Cr钢表层的目的。在磨床上对40Cr钢进行磨削试验,观测并分析工件横断面相变层的组织变化、厚度值和硬度变化,以及加工后工件表面的粗糙度。借助有限元分析方法,对工件的温度场进行仿真,得出工件各处的温度变化历程,由马氏体相变条件来获得表层马氏体相变层的厚度值。试验结果表明,40Cr钢的表层发生了马氏体相变,表层的硬度值得到极大提高,表面粗糙度也满足常规磨削的要求。由有限元仿真得出的相变层厚度值和试验结果相吻合。因此利用磨削强化技术替代40Cr钢高频淬火强化工艺是可行的,并且这项技术可以对其他合金钢进行强化。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测相变是否发生和相变层的厚度,优化磨削参数,减少试验研究的次数和成本。     

40Cr调质钢外圆磨削淬硬试验研究

采用外圆磨削方式对40Cr调质钢进行磨削淬硬试验,通过测量试样的金相组织和显微硬度对外圆磨削淬硬的可行性、磨削参数对淬硬效果的影响规律等进行研究。结果表明:40Cr钢外圆磨削淬硬是可行的;试样的表层组织由完全淬硬层、过渡层和基体组成;表面硬度均在690 HV左右,淬硬层深度最高可达1.10 mm;磨削深度对表面硬度无显著影响,但对淬硬层深度具有显著影响,工件速度和砂轮型号对表面硬度及淬硬层深度均无显著影响。     

轴承钢顺次磨削表面残余应力离散度试验研究

以轴承钢顺次磨削表面的残余应力离散度为研究对象,基于X射线衍射法顺次测试了轴承套圈淬硬热处理、粗磨、精磨和超精磨削后,轴承滚道表面环向和轴向残余应力.测试结果表明,淬硬热处理工件的残余应力标准差约为超精工序的3倍;淬硬热处理轴承套圈经超精磨削工序,其表面的环向和轴向残余应力离散度降至20 MPa.研究表明淬硬轴承钢热处理及同一道磨削工序工件表面残余应力存在较大离散性,"粗磨-精磨-超精"顺次磨削工艺叠加后,工件表面残余应力离散度呈现收敛性;淬硬热处理轴承套圈经过顺次磨削工序叠加加工后,表面残余压应力平均值获得大幅提高.这为进一步系统揭示磨削工艺对淬硬轴承钢套圈表面残余应力及其离散度影响规律提供了科学数据.     

非调质钢的磨削淬硬研究

磨削淬硬是利用磨削热对工件表面进行淬硬处理的新技术，可替代表面淬火等热处理工艺，特别适合于非调质钢，它有利于简化生产工艺，降低制造成本。     

磨削用量对65Mn钢磨削淬硬层深度及其均匀性的影响

采用刚玉砂轮在普通平面磨床上对65Mn钢进行磨削淬硬,研究磨削深度和工件进给速度对65Mn钢磨削淬硬层深度及其均匀性的影响。结果表明:试件淬硬层由完全淬硬层、过渡层组成;淬硬层最大深度随磨削深度的增大而增大,随工件进给速度的增加而减小;在本试验条件下,磨削深度ap0.4mm时,试件表层全部淬硬,均匀性较好。     

磨削淬硬工件热变形数值分析

磨削淬硬技术在加工过程中因高温引发了工件热变形,导致加工后工件呈凹形,影响了磨削淬硬层的分布。本文通过ANSYS热—力耦合模块对磨削淬硬中的热变形进行了模拟分析,用时变磨削热流密度加载模拟得到结果与试验测量结果吻合性好。     

45钢横向进给磨削淬硬数值模拟与试验研究

采用数值模拟与试验相结合的方法对45钢横向进给磨削淬硬进行研究,分析了磨削工件不同区域的表面淬硬效果。结果表明:在本试验条件下,淬硬层最高显微硬度为738.4HV,最大深度为0.56mm,达到了表面淬火的要求。但是切入区、中间区和切出区存在差异,且工件重叠区域在表面淬硬后随即发生了低温回火,得到回火马氏体组织。     

磨削淬硬残余应力的有限元分析

文中基于ANSYS软件介绍了磨削淬硬残余应力的有限元分析方法,对磨削淬硬过程中的温度场、热应力、热-力耦合应力、热-力-相变耦合应力进行了理论分析。在充分考虑材料力学性能的非线性及相变影响的基础上,建立了磨削淬硬残余应力的数值模拟计算模型。