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。     

铸铁超高速磨削温度场有限元研究

介绍了传热学理论,综合考虑了磨削参数、冷却液等对磨削温度场的影响;利用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL及其热瞬态分析的求解技术,对超高速磨削铸铁工件温度场进行了有限元仿真;研究结果表明,超高速磨削温度有限元仿真结果与试验测量值相差较小,在5%以内,说明有限元仿真技术能够较准确的反映铸铁超高速磨削过程中温度场的变化规律。     

球面磨削温度场数值仿真的研究

根据杯形砂轮磨削球面的特点,采用绕球面旋转加载的半圆弧热源模型对磨削过程进行有限元仿真,研究球面磨削时工件表面的温度场分布.将仿真结果与实验结果进行比较,发现有限元仿真值与实验测得量相当接近.     

基于传热反算建立磨削三维热模型的新方法

首先使用热电偶测量平面磨削时CBN砂轮与工件接触区下方处不同位置点温度;然后基于传热反问题理论,优化实际测量温度值与理论仿真温度值间的目标函数,反算出进入工件的热量,从而得出进入工件的能量比例;最后建立磨削三维热模型,计算出不同磨削时刻工件表面温度。实验结果表明,CBN砂轮进入工件的能量比例与实际值相吻合,基于传热反算方法建立磨削三维热模型具有可行性。     

HOVF WC-10Co4Cr涂层磨削瞬态温度场及应力场数值模拟

从经典热传导方程和热弹塑性力学出发,建立了磨削过程中移动热源作用超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层材料的二维传热模型和热应力模型;在考虑材料热物理参数随温度变化的基础上,利用有限元分析软件ANSYS来研究双层材料在磨削热-结构耦合作用下的瞬时温度场和应力场。数值研究结果表明,由于WC-10Co4Cr涂层热传导系数和比热容比300M钢基体大,所以温升主要停留在涂层内;磨削温度沿工件深度方向非连续分布,涂层基体结合面的温度梯度最大;由于涂层、基体材料热膨胀系数差异较大,在结合面处产生极大的热应力;磨削温度、涂层-基体结合面热应力随涂层厚度的降低而增大。开展了磨削温度测量实验,测量了不同涂层厚度时工件表面的磨削温度,对数值仿真结果进行了验证。     

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。     

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。     

ANSYS在超高速磨削温度场分析中的应用

根据传热学的有关理论,综合考虑了不同磨削参数、冷却液对流以及环境温度对温度场的影响,采用有限元软件ANSYS的参数化设计语言APDL及其热瞬态分析求解技术,实现了超高速磨削工件温度场的仿真。通过研究发现,ANSYS的仿真结果与实验测量值、数值解析解在各种不同磨削条件下都具有相同的变化趋势,误差很小,且比解析解更精确地反映了磨削过程中温度场的变化规律。该研究结果对磨削过程热状态的研究具有指导意义,为探索产生磨削缺陷的热机理打下了坚实基础。     

超声辅助加工中磨削热模型的建立与验证

对超声振动辅助磨削碳纤维复合材料过程中产生的磨削热进行研究。在特定的条件下,建立了相应的磨削热传递模型并对此模型进行了有限元仿真;在相同的条件下,通过工件上布置的光纤光栅传感器测量超声振动辅助磨削碳纤维复合材料在实际加工中产生的磨削温度。对比仿真与实验结果,验证了磨削热传递模型的正确性。结果表明:磨削热传递模型可以很好地预测磨削过程中热量的传递状态,为后续优化实验参数、提高工件表面质量提供了理论依据,具有较高的实用价值。     

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。     

TEMPERATURE DISTRIBUTION DURING ELECTRO-DISCHARGE ABRASIVE GRINDING

The objective of this work is to develop a finite element method (FEM) based mathematical model to simulate the hybrid machining process of grinding and electric discharge machining (EDM), named as Electro-discharge abrasive grinding (EDAG), for temperature distribution in the workpiece. Two different finite element codes have been developed to calculate the temperature distribution due to grinding heat source and EDM heat source separately. The transient temperature field within workpiece due to cut-off grinding is determined due to moving rectangular heat source. Gaussian heat distribution of power within a spark has been considered in the calculation of temperature distribution due to EDM. Temperature distribution in the workpiece due to combined process is obtained by using superposition. The simulation shows a sudden rise in temperature at the spark location. The predicted results can be used for calculation of thermal stresses, which play a major role as far as high-quality product requirements are concerned.     

TEMPERATURE DISTRIBUTION DURING ELECTRO-DISCHARGE ABRASIVE GRINDING

The objective of this work is to develop a finite element method (FEM) based mathematical model to simulate the hybrid machining process of grinding and electric discharge machining (EDM), named as Electro-discharge abrasive grinding (EDAG), for temperature distribution in the workpiece. Two different finite element codes have been developed to calculate the temperature distribution due to grinding heat source and EDM heat source separately. The transient temperature field within workpiece due to cut-off grinding is determined due to moving rectangular heat source. Gaussian heat distribution of power within a spark has been considered in the calculation of temperature distribution due to EDM. Temperature distribution in the workpiece due to combined process is obtained by using superposition. The simulation shows a sudden rise in temperature at the spark location. The predicted results can be used for calculation of thermal stresses, which play a major role as far as high-quality product requirements are concerned.     

超高速磨削温度的实验研究

用人工热电偶方法对40Cr和45#钢的超高速磨削温度做了深入的实验研究.发现提高砂轮线速度,工件的磨削温度随之升高;但从某一速度开始继续提高砂轮线速度,磨削温度却呈明显下降的趋势.这就预示超高速磨削温度较低,适合磨削.同时对超高速磨削的比磨削能进行了研究,表明大切深超高速磨削是可行的,发现40Cr钢的超高速磨削性能优于45#钢.     

工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究。基于磨削温度的实验和传热学理论,得出了工程陶瓷工件的磨削热分配比;得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布。分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响。表明随着砂轮线速度增加,磨削温度场温度梯度增大;随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同。磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系．     

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。     

高速精密磨削18CrNiMo7-6表面残余应力试验研究

18CrNiMo7-6渗碳淬火齿轮钢具有较高的强度和优良的机械性能,在风电减速器齿轮和高速机车齿轮等领域应用广泛。磨削是用于实现零部件的最终表面质量的一种重要的机械加工方式,其中表面残余应力在零部件的疲劳寿命中起重要作用。为了研究高速磨削表面的残余应力分布状态,设计了磨削过程中磨削温度和磨削力的测量方案,以单因素试验分析方法为主。以高速精密磨削不同的工艺参数产生的磨削力和磨削热为对象以分析表面残余应力,得出以下结论:较小磨削深度的情况下,高速磨削过程中磨削温度存在萨洛蒙曲线,对磨削表面残余应力的产生有较大影响主要为磨削热,磨削力影响不明显;沿磨削的不同方向的残余应力的绝对值有差别,垂直于磨削方向的绝对值较大。     

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。     

磨削弧区温度在线监测技术研究

设计了一种可以在生产现场的强背景干扰下在线监测磨削弧区温度的新方法。并通过实际磨削测温实验及烧伤跟踪实验对该方法的可行性进行了分析。结果表明,该方法简单、实用,可实现磨削温度的在线监测,特别适用于断续式ＣＢＮ砂轮磨削过程的温度监测。