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。     

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。     

磨削淬火技术的研究现状与展望

磨削淬火技术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。本文对磨削淬火技术的研究现状进行了总结,针对目前研究中存在的问题,提出了磨削淬火技术研究的发展方向。     

利用磨削热对工件表面热处理的研究

本文研究讨论能否利用磨削热对非淬硬钢进行表面热处理,即同时实现磨削加工与表面淬火两个工艺,既提高生产效率,又降低生产成本。选取齿条成形加工作为研究对象,综合考虑材料的热物性参数、对流换热、相变潜热等因素,通过数值仿真方式,计算加工过程中工件温度场分布情况。根据金属相变理论,推断出工件淬硬层深度。设计齿条成形磨削实验,对加工后的工件表面淬硬层深度进行测量,与计算结果具有较好的一致性,证明温度场仿真模型与淬硬层推断方法的正确性,同时验证了利用磨削热对工件表面进行热处理的可行性。     

热处理工件磨削加工后表面缺陷的判别方法

磨削加工往往是工件热处理之后的重要工序。磨削质量对工件使用寿命的影响很大,这一问题正日益引起人们的重视。研究表明,不正确地进行磨加工时,磨具与工件接触的瞬间,摩擦热可使工件表面极薄层的温度急剧升高,甚至达到相变温度以上,由此可带来以下表面缺陷: 1.工件表面可能发生二次淬火,在相变应力和磨削应力叠加作用下往往产生与磨削方向垂直的浅表龟裂。 2.当磨削冷却不良时,磨削热能使工件表面发生不同程度的回火乃至正火,俗称“烧伤”。这种缺陷可能在工件表面产生软点、软带。这对许多要求表面具有高疲劳强度的工件是不能容许的。     

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。     

磨削加工与表面淬火集成技术

磨削淬硬是利用磨削热取代传统的表面淬火热源对工件表面进行淬火处理，它可以减少生产工序，降低生产成本。     

重型燃机压气机盘淬火应力场的计算机模拟

利用有限元法研究了某重型燃机压气机盘在淬火过程中的应力场分布。模拟计算中，采用等效热容法处理相变潜热对淬火温度场的影响，采用等效线胀系数法处理相变引起的组织应力，同时考虑了材料热物性参数和力学性能参数的温度相关性。模拟结果表明，在淬火初期，由于热应力的作用使工件表面受拉而心部受压，随着相变的发生，应力发生了多次转向，最后形成了表面受压心部受拉的残余应力分布。在油淬过程中，工件内持续承受较高的拉应力，而空冷时承受的内应力较小，从而避免了工件的变形和开裂。     

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.     

强化磨削表面淬火新技术

众所周知,在淬火工件的磨削加工中,由于工艺参数控制的失当和冷却不良等原因,磨削热可能使工件表面在短时间内上升到很高的温度,工件在这样的温度下不仅可能发生回火,而且有时会发生二次淬火甚至局部熔化。长期以来,对于高硬度淬火零件的磨削中,人们是力图通过控制磨削参数和冷却来控制零件表面温度,不至于在磨削中产生硬度下降、磨削裂纹和烧伤等缺陷。但是,人们也想到,既然磨削热可导致淬火零件的二次淬火,那么通过工艺控制能否实现利用磨削热对未淬火零件进行表面淬火呢?近年来不少研究指出了这种可能性并对其工艺参数的选择进行了探讨。     

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.     

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.

     

基于分段变磨削力的磨削强化层仿真

分析了磨削强化工艺过程中实际磨削时间以及磨削过程中磨削力的变化规律,提出了分段变磨削力磨削温度仿真方法来预测磨削强化层深度分布。首先对磨削力进行离散,计算相应的热流密度;然后将热流密度按砂轮与工件实际接触长度依次施加到工件的磨削表面,对工件磨削过程中的温度场进行仿真分析,得到了磨削强化层的分布;最后将所提出仿真方法与实验和传统仿真方法进行了比较分析。结果表明,基于分段变磨削力仿真可以更准确地预测工件沿磨削方向的磨削强化层分布。     

Cooling in grind-hardening operations

The grind hardening process utilizes the heat dissipation in the grinding area for inducing metallurgical transformation on the surface of the ground workpiece. The workpiece surface is selectively heated above the austenitisation temperature and subsequently is self-quenched so as to achieve the anticipated surface hardening. In order for self-quenching to occur sufficient material mass must be present to conduct the heat away from the surface. However, in the case of grind-hardening of thin workpieces or cylindrical workpieces of small diameter, the quenching has to be assisted with the application of coolant fluid. In this paper, the utilization of the coolant fluid for the grind-hardening of small diameter cylindrical parts is investigated. The rapid heating of the workpiece and the short austenitising time are taken into consideration both for the estimation of the hardness profile and the hardness penetration depth (HPD). A finite element analysis (FEA) model is developed for this specific case and its predictions are verified experimentally.     

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。     

基于磨削加工的表面形变淬火工艺--磨削淬硬

磨削淬硬是利用未淬硬钢零件磨削加工中产生的热—机械复合作用直接对其进行表面形变淬火的新工艺。研究表明 ,该工艺可使淬硬层获得超细化马氏体和压缩残余应力 ,同时可显著改善零件的摩擦磨损和疲劳性能 ,在生产应用中具有显著的经济和社会效益。     

Grinding wheel effect in the grind-hardening process

The grind-hardening process is based on the utilization of the generated heat in the grinding zone for inducing a metallurgical transformation on the surface of the ground workpiece. The workpiece surface is locally heated above the austenitization temperature and subsequently is quenched to increase surface hardness. A theoretical model was developed for the prediction of the heat-generation rate as a function of the process parameters and the grinding wheel characteristics. The model combined with a database of relationships among the heat entering the workpiece, the process parameters, and the hardness penetration depth (HPD), which was presented by the authors in an earlier publication, allows the assessment of the grinding wheel’s effect characteristics on the hardening output of the process. The experimental results have verified the predictions of the theoretical model and served for its calibration.     

磨削淬硬技术的发展及展望

概述了磨削淬硬技术发展的几个阶段和磨削淬硬加工研究中尚存在的主要问题。针对目前的问题,指出了磨削淬硬的研究方向。