面齿轮碟形砂轮磨削温度场有限元分析

根据面齿轮碟形砂轮磨削原理,采用瞬时椭圆接触理论对磨削基本参数求解,建立了磨齿温度场有限元模型,进行了磨齿瞬态温度场有限元仿真。通过仿真与实验分析,为磨削基本参数优化、提高磨削质量和进一步研究面齿轮磨削温度场提供依据。     

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。     

摆线齿轮成形磨削温度场数值模拟及分析

成形法磨齿是对摆线齿轮进行精加工的一种方法。成形砂轮磨齿过程中,当磨削工艺参数选用不合适时,磨削区内产生的瞬时高温将会造成齿面烧伤。为了优化磨削工艺参数,防止齿面烧伤,对齿面温度场分布情况进行数值模拟是非常必要的。运用理论分析计算出磨削过程中的磨削能量及热量分配比,运用有限单元法和计算机仿真软件对摆线轮成形磨削过程中的温度场分布情况进行仿真,得到齿面温度随磨削时间的变化情况以及温度场在齿面的分布情况。通过仿真分析发现,砂轮沿摆线轮轴向方向移动速度vw和沿径向进给磨削深度ap对齿面温度场分布情况有较大影响,整个磨削过程中齿面瞬态温度场最高温度出现在摆线轮齿面尾部靠近齿顶位置,仿真结果与理论分析结果最大误差在10%以内。研究结论对预测齿面温度场分布情况及合理选用磨齿工艺参数有重要的应用价值。     

螺旋锥齿轮磨齿温度场研究与应用分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨削原理,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。对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了磨齿瞬态热应力和热变形。实例和试验分析表明: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;其他各点的瞬态温度,随位置、时间以及其他影响因素的不同,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的影响,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。在其他条件相同时,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。     

3D力热耦合磨齿模型与数值分析

根据螺旋锥齿轮的数控磨齿原理,得出磨齿基本参数的理论模型和物理意义上的磨削力计算公式;应用单磨粒热模型计算了磨齿热量分配比,采用矩形分布热源得出磨齿热流量.以热弹塑性变形理论为基础,采用PRANDTL-REUSS方法建立磨齿界面应力应变场本构关系;齿轮材料采用双线性等向强化模型,用3D力热耦合有限元单齿模型和小步距载荷移动方法,实例进行瞬态温度场的仿真.结果表明,磨削瞬态最高温度位于磨削弧中心,其他各点的瞬态温度,随磨削条件、空间和时间等影响因素的不同,呈现相应的变化规律.试验与力热耦合仿真的数值比较分析表明,构造的3D力热耦合磨齿模型有较高的精度,能为螺旋锥齿轮磨齿质量的控制提供依据.     

成形磨齿工艺参数对磨削温度影响规律的研究

基于矩形移动热源理论分析了成形磨齿工艺参数对磨削温度的影响。根据有限元离散化原理,建立了干式磨削瞬态温度场数学模型。根据热量分配关系,导出了磨削区热流密度的理论计算公式。在磨削区施加由不同磨削工艺参数计算得到的热流密度,进行了瞬态温度场的三维有限元仿真,从而得出了不同工况下齿面温度场的变化规律。     

应用有限元法的磨齿过程热状态研究

磨齿加工不但在工件表面产生较高的温度,而且还会在工件表层内产生梯度很大的温度场,这是形成磨削残余应力以及造成磨齿工件表层金相组织变化的主要原因.因此,正确地确定工件表层内的温度场及表面温度,能够预测磨齿残余应力,了解表层金相组织变化,进而可合理运用磨齿工艺,进行表面质量控制.采用的有限元法为磨齿过程热状态分析提供了一种全新的研究方法.     

摆线轮多齿成形磨削热力耦合仿真分析

摆线轮多齿成形磨削为齿轮精加工工艺,一次可完成个齿槽的加工。在高速磨削过程中,齿轮表面会产生瞬间高温,高温可能会造成齿面烧伤,磨削温度场产生的温度梯度会使齿面形成残余应力,使摆线轮齿面金相组织出现变化,影响齿轮的磨削加工精度。通过有限元法模拟摆线轮多齿成形磨削温度场,再采用热力耦合分析方法,得到摆线轮成形磨削温度场和热应力的数值仿真云图,通过对磨削区主应力分析可知,应力主要集中在磨削中心靠齿根部,磨削区呈现热压应力,在已磨削区域,热压应力转变为热拉应力,并逐渐形成残余拉应力,且随着磨削工艺参数变化,节点应力也发生相应变化。研究结论对预测多齿成形磨削温度场和热应力场分布情况和合理选择磨齿工艺参数有一定的研究意义。     

计算机仿真技术在磨削温度场中的应用

建立了磨削温度场的计算机仿真系统 ,实现了对磨削温度场的预测及优化。利用该仿真系统对干式和湿式磨削温度场进行了仿真并得出三维等温图 ,为研究各加工参数对磨削温度场的影响提供了理论依据。     

计算机仿真磨削温度场的研究现况及发展趋势

综述了磨削温度场计算机仿真研究的现状和发展趋势,简单介绍了有限元分析及其在磨削温度场仿真研究中的应用以及计算机仿真磨削温度场在磨削加工研究中的作用.     

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.     

基于有限元法的低温湿式磨削温度场分析

采用有限元数值计算法对低温湿式磨削液的冷却性能进行了模拟,获得了低温湿式磨削的温度曲线;通过磨削实验验证了有限元数值仿真结果。研究表明:低温切削磨削液能够增强磨削液的冷却性能,充分发挥其降低磨削温度的效能,减少工件热膨胀,提高加工精度。     

断续磨削温度场的研究

在分析普通磨削和断续磨削温升特点的基础上推导出新的断续磨削温度场解析式,在分阶段析磨削温度时,考虑了冷却液的影响。通过电算,从理论上分析了砂轮沟槽几何参数η和冷却散热系数H对磨削温度影响的规律。试验验证了理论分析的正确性。文中所建立的磨削热模型亦有助于分析诸如铣削、断续切削等其他机械加工中产生的热问题。     

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。     

电镀CBN锥砂轮磨齿热状态的研究

通过对磨齿过程中砂轮与工件系统的分析 ,建立了锥砂轮磨齿热状态分析模型 ,并分别运用一维传热杆模型及有限单元法分析、计算了磨削所引起的齿面表层的温度场 ;同时 ,用电镀CBN、陶瓷CBN和刚玉砂轮做模拟磨齿试验 ,考察了不同的砂轮及工艺参数对齿面温度的影响。结果表明 ,试验结果与计算结果基本吻合 ,电镀CBN锥砂轮磨削所引起的齿面温升仅是刚玉砂轮的 5 0 % ,比陶瓷CBN砂轮亦低。     

基于ANSYS的平面磨削温度场的有限元仿真

通过确定移动热源的加载方式,运用ANSYS软件的热分析模块对磨削温度场进行仿真分析,得到了不同载荷步的温度场分布以及不同深度的节点的温度变化曲线,验证了越靠近热源磨削温度越高以及工件下层材料温升显著低于工件表面。通过改变砂轮线速度、工件进给速度和磨削深度,得到了主要的磨削参数对磨削区温度场的影响状况,证明了钛合金磨削存在临界磨削速度。在临界磨削速度附近某一区间磨削温度出现回落,因此适当的磨削速度、高的工件进给速度和小的磨削深度可以有效的减小磨削温度。     

断续磨削时工件表层温度场解析

建立了周期变化的移动热源模型,并引进卷积概念,推导了计算断续磨削时工件表层非稳态脉动温度场的理论公式。该公式可以包容连续磨削的情况,且可计算任意时刻的瞬态温度分布。利用推得的公式对断续磨削时的温度场及其降温机理作了深入的研究,并对关于理论公式进行了实验校核。     

磨削温度场的科学计算可视化研究

论述了科学计算可视化的概念,介绍了科学计算可视化的分类与方法。并利用VisualC 开发平台,对平面磨削力和磨削温度场模型进行了科学计算,用OpenGL工具建立了工件的三维实体模型,并在工件实体上用不同的颜色表示不同温升值,从而实现了磨削温度场的可视化过程。同时,系统可以给出磨削温度场中各点的温升值,以及表面温度场曲线和深度方向的温度曲线。     

Study on strengthened layer of workpiece in prestress dry grinding

The prestress dry grinding which combines with prestress grinding and surface strengthening is an innovative approach to substitute conventional grinding process. The residual stress and the thickness of strengthened layer have an important effect on surface performance of workpiece. In order to analyze the effect mechanisms of prestress on residual stress and thickness of strengthened layer, experiment and simulation are carried on for 45 steel. The result of prestress dry grinding experiment shows that the grains in the strengthened layer are refined with increase of prestress. The thickness of strengthened layer tends to decrease first and then increase with increase of prestress. The simulation model of temperature field is created. The effect of temperature field on the thickness of strengthened layer and different grinding parameters especially the prestress on temperature field are analyzed. Then, the relationship between prestress and residual stress on different directions are analyzed. The variation curve of residual stress shows that tensile residual stress can transform to compressive residual stress on the surface of workpiece by controlling the prestress. Besides, compressive residual stress increase first and then decrease with the increase of depth.