超声振动磨削陶瓷的温度场特性研究

采用人工热电偶法,通过普通磨削和超声振动磨削对比实验,对陶瓷材料ZrO2平面磨削的温度场进行了实验研究。并对磨削参数与磨削温度的关系,进行了理论分析及实验验证。结论表明:距磨削表面越远,其磨削温度的峰值越远离热源;增大磨削深度、提高磨削速度和工作台进给速度都会使工件表面温度升高。正交试验表明,磨削深度对温度场的影响较大。普通磨削时工件表层的温度较高,易发生磨削烧伤,采用超声复合磨削能有效降低工件表层温度。     

工程陶瓷磨削延脆转变临界条件的研究

对陶瓷磨削时临界磨削深度和临界磨削力模型进行了改进,得到二者的理论值,并以氟金云母陶瓷的有限元仿真研究为基础,通过分析不同磨削深度和磨削速度对工件磨削表面形貌、磨削力及磨削力比产生的影响,得到氟金云母陶瓷磨削延脆转变的临界磨削深度、临界磨削速度及临界磨削力。     

硬质合金磨削温度场的仿真与试验研究

在硬质合金磨削中,磨削能大部分转化为热量,导致磨削区温度升高,出现磨削烧伤和磨削裂纹等磨削缺陷问题。利用ANSYS中的载荷加载法以及单元生死技术对磨削过程进行温度仿真分析,得到硬质合金磨削温度场的整体分布规律,研究了不同工况条件下磨削区和已加工表面的温度变化。将仿真结果与试验测得结果进行对比,两者结果具有很好的一致性,说明采用仿真对磨削温度进行预测是可行的,随着工件进给速度的增大,仿真温度与试验温度越相近。根据仿真温度,可以更好地减少磨削缺陷,提高工件加工质量。     

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。     

防弹钢磨削加工的有限元分析

基于ANSYS软件,建立了水蒸气冷却磨削条件下的PRO500防弹钢工件模型。通过有限元仿真分析,获得不同磨削方法及不同工艺参数下试件的磨削温度,并对数据进行处理与分析。研究结果表明,磨削深度对试件磨削温度的影响最大,进给速度对试件磨削温度的影响次之,砂轮线速度对试件磨削温度的影响最小。研究结果可为同类钢材磨削时相关参数的合理选择和工艺优化提供理论依据。     

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。     

平面磨削温度场有限元仿真及实验

在考虑不同磨削参数对温度场的影响的情况下,根据三角形热源模型对磨削工件进行了有限元仿真,获得了工件的温度分布。采用热电偶法测量了工件的磨削温度,发现有限元仿真值与实验测量值相当吻合,仿真结果能够真实反映工件的温度场。该有限元仿真方法对磨削过程中工件温度场的研究具有实际意义,为避免磨削烧伤提供了技术支持。     

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。     

38CrMoAl渗氮钢微晶刚玉砂轮摆线磨削工艺试验研究

在实际磨削38CrMoAl渗氮钢过程中,存在磨削烧伤情况。本文分别采用白刚玉砂轮和微晶刚玉砂轮磨削38CrMoAl渗氮钢,对比研究了不同磨料类型刚玉砂轮对磨削力和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：相较于白刚玉砂轮,微晶刚玉砂轮磨削时磨削力降低了14.2%。基于正交试验方法,通过微晶刚玉砂轮平面磨削试验,探究了磨削工艺参数对磨削力和工件表面粗糙度的影响。结果分析表明：磨削深度对磨削力影响最大,其次是工件进给速度和砂轮转速;对于工件表面粗糙度而言,工件进给速度的影响最大,其次是砂轮速度和磨削深度。最终采用微晶刚玉砂轮对38CrMoAl渗氮钢齿轮样件进行批次加工,结果显示无磨削烧伤发生,且磨削表面质量得到了显著提高。     

基于表面粗糙度均匀性的曲面磨削研究

针对曲面磨削中不同曲率处的表面粗糙度不均匀的问题,基于等残留高度法,分析了砂轮圆弧半径、砂轮进给速度、工件转速以及工件曲率对残留高度的影响.结果显示,为得到较小的残留高度,应尽量保持低的砂轮进给速度,并且提高工件转速.曲率半径越小,粗糙度差异越大,改变砂轮进给速度可改善这一问题.砂轮的进给速度与曲率半径大小成正比.采用金刚石滚轮法以及砂轮变速进给可有效改善曲面磨削的表面粗糙度均匀性.     

新型点磨削砂轮磨削参数对磨削温度影响研究

提出了一种带有粗磨区倾角θ的陶瓷结合剂CBN点磨削砂轮,这种新型砂轮具有磨除率高、加工精度好等优点。研究了磨削热产生与分配理论和红外测温原理。分别用不同θ角的砂轮在一系列磨削参数条件下磨削QT700材料的阶梯轴,用Thermovision A40M热像仪测量砂轮磨削工件时接触区的平均温度,得出了偏转角α、磨削深度ap、工件轴向进给速度vf和砂轮速度vs在磨削过程中对磨削温度的影响规律,并且比较了在同一组磨削参数下,三种不同θ角砂轮对磨削温度的影响情况。     

Numerical and experimental studies on the temperature field in precision grinding of SiCp/Al composites

During precision machining of SiCp/Al composites, the temperature of the workpiece surface directly affects the machining quality. In this paper, a triangle heat source model was used to calculate the heat flow during grinding of SiCp/Al composites, then, a three-dimensional finite element method was employed to investigate the temperature distribution at different process parameters, i.e., grinding depth and feed speed of the worktable. In addition, the temperature measures using embedded thermocouple were applied to compare with predictions from the thermal model. The results indicate that the grinding temperature predicted by the finite element method agrees well with the experiment data, and the triangle heat source model was suitable for estimating the workpiece temperature of precision grinding.     

加压内冷却砂轮的研制及磨削性能研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明：在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。     

基于混合材料模型的颗粒增强钛基复材高速磨削温度研究

针对颗粒增强钛基复合材料（Particulate reinforced titanium matrix composites,PTMCs）高速磨削加工,建立一种三维混合材料磨削温度场有限元仿真计算模型,既考虑了Ti-6Al-4V基体材料特性,又包含了材料内部的TiC增强颗粒,由此分析了高速磨削过程中温度场特征及其演变规律。结果表明：基于三维混合材料模型的PTMCs磨削温度预测值与试验值相差小（为8%以下）,而基于普通均质材料模型的磨削温度预测值与试验值相差大（为16%以上）。PTMCs工件表面磨削温度随着磨削用量的增加逐渐上升。当砂轮线速度为120 m/s、工件进给速度为6 m/min时,磨削深度从20 μm增加到100 μm,PTMCs工件表面磨削温度从346℃增加到987℃,温度梯度值从1 070~624℃/mm增加到1 570~1 310℃/mm。磨削温度及其分布梯度对PTMCs亚表层显微组织变化层深度存在显著影响,磨削深度从40 μm上升到80 μm,显微组织变化层深度从22 μm增大到40 μm;当磨削深度进一步从80 μm增加到100 μm时,显微组织变化层深度增加到53 μm。     

磨削加工中的尺寸效应机理研究

从比切削能和比摩擦能的大小变化与磨削参数的关系出发,研究了磨削加工中的尺寸效应问题,结果认为：比切削能的尺寸效应是金属剪切流动应力的尺寸效应和磨粒顶端钝圆影响的综合作用结果;当磨削深度或工件进给速度减小时,平均未变形切屑厚度减小,金属材料的剪应变效应和剪应变率效应增强,而热软化效应减弱,从而金属材料的剪切流动应力增大;当未变形切屑厚度减小时,磨粒顶端钝圆的影响增大;比摩擦能的尺寸效应是由于工件和砂轮的实际接触面积与磨削深度之间存在非线性关系及工件和砂轮间的摩擦因数的速度效应造成的;当工件进给速度减小时,工件与砂轮磨损平面间的摩擦因数增大。     

高速精密磨削9CrWMn冷作模具钢的磨削力和比磨削能

分析了高速精密磨削9CrWMn冷作模具钢的机理,采用DEFORM软件对高速磨削模具钢9CrWMn过程进行了磨削力仿真。使用高精密高速平面磨床对模具钢9CrWMn进行了高速精密磨削试验,并在线测量了多种工况下的磨削力。结果表明:在其他两组工艺参数不变时,随着工件进给速度增加,磨削力特别是法向磨削力会增大近45%;法向磨削力和切向磨削力随着砂轮的线速度上升而下降,法向磨削力下降近33%;磨削深度对磨削力影响较大,大的磨削深度对法向磨削力的影响尤其显著,可使法向磨削力增大近100%。分析了磨削工艺参数对比磨削能的影响规律,结果显示:随着磨削深度和工件进给速度的增大,比磨削能呈比较明显的下降趋势,符合磨削加工中的尺寸效应;随着砂轮线速度的增大,比磨削能呈上升趋势。最后,对高速磨削前后工件表面的微观形貌进行了对比分析,磨削力试验结果和仿真理论分析相一致。     

开槽砂轮缓进给深切磨削时工件表层温度场解析

采用热源法推导出开槽砂轮缓进给深切磨削时磨削弧区工件表层温度分布的理论解析式，并利用理论计算公式结合磨削实验完成了施加水射流冲击条件下工件表层温度场的推演计算，计算结果与实验结果基本吻合，证实了开槽砂轮辅以弧区定向高压水射流冲击强化换热的确具有良好的冷却效果。     

叶序排布磨粒对砂轮的磨削温度场效应

在砂轮磨削过程中,磨削热影响工件表面完整性,而磨粒排布是影响磨削温度场的重要因素之一。针对磨粒叶序排布的砂轮,采用有限元法对磨削温度场进行了计算模拟分析,获得了叶序系数对工件磨削温度场的影响规律。研究结果表明,随着叶序排布系数的增大,被磨工件的表面温度和温度梯度减低。     

磨削温度场的有限元模拟及仿真

金刚石砂轮磨削结构陶瓷过程中,所产生的磨削热是影响工件表面质量的关键因素之一,而磨削参数对工件表层温度分布有重要影响。本文采用有限元法,通过两种陶瓷材料对比分析,运用ANSYS软件对磨削温度场进行了仿真研究,利用仿真模型对影响因素作了分析。