磨削残余应力的有限元计算

本文以GH33A高温合金为例,用有限元法分析计算了磨削残余应力。在计算时,考虑了形成残余应力的两个主要条件——磨削力及磨削温度,还考虑了磨削温度对材料性能(弹性模量E、线胀系数α、屈服强度σ_s)的影响,因而使计算结果接近实际情况。     

QT800—2凸轮轴磨裂产生的原因及对策

通过金相分析，表面应力测定及热处理工艺实验研究了ＱＴ８００－２凸轮轴等温淬火后磨削裂纹产生的原因及解决办法。结果表明，组织中存在的脆性相、马氏体与残余奥氏体的成分不均匀区域及磨削产生的温度和应力是导致其磨削裂纹产生的主要原因，这些缺陷可以分别通过改善热处理工艺，减少磨削加工余量进给量等措施得到改善。     

结构陶瓷磨削表面的残余应力

本文应用Ｘ射线衍射法就几种常用结构陶瓷磨削表面残余应力的形成机理，状态特征与磨削用量的关系进行实验研究。结果表明：磨削表面的残余应力由毛坯表面层原始应力σ０和磨削残余应力Δσ两部分组成。σ０受陶瓷材料、毛坯形状及烧结工艺的影响有较大的变化，Δσ的大小及拉压特性取决于陶瓷的磨削过程特征和磨削温度。     

防止20CrMnMo钢齿轮磨削裂纹热处理工艺研究

本实验针对２０ＣｒＭｎＭｏ钢容易出现磨削裂纹的问题，从控制渗碳淬火处理质量入手，重点提出了２０ＣｒＭｎＭｏ钢采用调质热处理，渗碳后增加－道高温回火工序，以及低温回火温度采用２２０－２４０℃的处理工艺。鉴于渗碳层可获得良好的组织，硬度和残余应力状态，将有利于防止磨削裂纹的产生。     

钢轨砂带打磨残余应力的试验与仿真研究

为直观了解钢轨砂带打磨后钢轨表面的残余应力状态，在磨削试验台上开展磨削工艺参数对残余应力影响的试验研究，采用便携式残余应力仪测量磨后轨面中线轨向残余应力。结果表明:打磨后轨面在磨削方向产生了拉伸残余应力，大小在100～300 MPa；而径向残余应力则主要以压应力形式存在，大小在0～-250 MPa。为研究残余应力形成过程中影响因素的作用机理，进行基于热力耦合的单磨粒划擦三维有限元仿真分析，揭示摩擦系数、切入深度和切削速度对钢轨表层残余应力分布的影响规律并分析其机理成因。最后，根据试验和仿真结果建议打磨列车的末端打磨单元采用开式打磨，砂带要求磨粒粒度小、自锐性强，磨削工艺优选低压、低速，并增设水介质冷却与润滑。      

陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金的研究

本文研究了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金的磨削力特征、砂轮磨损特征以及磨削表层的残余应力分布等。研究结果表明,采用陶瓷结合剂CBN砂轮磨削钛合金,不仅磨削比高,磨削力、摩削温度低,而且磨削零件表面可获得残余压应力。     

低温冷却磨削机理的研究

磨削是各种加工材料获得精确尺寸和表面完整性的主要加工方法,但在加工过程中,由于磨削区温度过高,经常导致工件表面热损伤、微裂纹和产生残余拉应力,严重影响工件表面质量和完整性的提高。本文通过采用低温CO2和液态氮为磨削冷却介质,有效地控制磨削区温度。实验结果表明,与干磨削和油冷却磨削相比,液态氮低温冷却磨削力、比磨削能、磨削区温度明显降低,工件表面质量和完整性显著提高,同时明显提高了砂轮的使用寿命和减少了冷却液对环境地污染。     

航空轴承内圈滚道磨削残余应力的工艺优化及试验研究

对国内外8Cr4Mo4V钢制航空轴承套圈滚道磨削残余应力进行了对比试验,根据航空轴承内套圈滚道磨削工艺特点,基于ABAQUS建立轴承内套圈滚道磨削残余应力的有限元分析模型并进行了数值计算,对内套圈滚道的残余应力进行了检测、分析及验证,进而优化了轴承内套圈滚道磨削工艺。结果表明：通过增加喷丸工序、适当提高进给速度和终磨采用220目白刚玉砂轮替代石墨砂轮可有效提高轴承内圈滚道残余压应力。     

非调质钢48MnV磨削强化残余应力场的试验研究及有限元仿真

基于非调质钢48MnV的磨削强化试验,对其强化后试样的残余应力进行了测试。应用非线性瞬态有限元法计算了48MnV钢工件在移动热源作用下的温度场,然后应用热弹塑性有限元法计算了工件在热作用和磨削力耦合下的残余应力分布。结果表明,磨削强化表面存在残余压应力,并分析了存在压应力的原因;模拟结果与试验结果相比,误差在标准范围内。     

基于BP神经网络模型化Volterra非线性系统外圆磨削残余应力建模

对各种不同磨削加工参数和磨削动态过程条件下,用BP神经网络化的Volterra级数建模,对外圆磨削加工时残余应力分布进行了建模仿真,实现了工件内部次表层残余应力大小与张应力峰值位置的预测,验证了多次磨削残余应力分布的非线性叠加关系,实现了外圆磨削次表层残余应力分布的计算。利用三层BP神经网络激励函数在阈值处进行泰勒级数分解,解算Volterra级数各阶核,采用离散Volterra网络学习算法,实现磨削动态系统残余应力非线性建模。并通过实验对模型进行了验证。     

超声振动磨削纳米氧化锆陶瓷材料的磨削力及表面残余应力的研究

纳米陶瓷由于其相对于工程陶瓷优越的力学性能及物理特性,在各行业都有广泛的应用前景。采用超声复式加工方法,针对不同的磨削参数对纳米ZrO2陶瓷进行了普通和超声磨削实验,研究了磨削参数对磨削力的影响,并通过X射线衍射分析了在普通和超声磨削状态下对工件表面残余应力及纳米ZrO2陶瓷各晶相的影响。研究结果表明:利用超声振动磨削能有效减少磨削力,不同的磨削方式对纳米ZrO2陶瓷表面残余应力影响较大,采用普通磨削工件表面残余应力为拉应力,当超声振动方向平行于砂轮速度方向时,工件表面残余应力为压应力,振动方向垂直于砂轮速度方向时工件表面残余应力绝对值较小。     

40Cr钢磨削淬硬层残余应力的试验研究

以平面磨削淬硬加工试验为基础,利用X射线应力测定仪对40Cr钢磨削淬硬层残余应力进行了研究.结果表明,磨削淬硬层表面均存在残余压应力,次表层出现最大残余压应力.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,但最大残余压应力和应力作用深度相应增加.采用单程干式磨削淬硬可增加淬硬层的最大残余压应力及应力作用深度.     

超声干磨削对金属材料残余应力影响实验研究

采用电镀金刚石砂轮对45钢进行超声干磨削实验,研究了磨削深度、砂轮速度、工件速度和超声振幅对工件表面残余应力的影响。结果表明:在干磨削工况下,添加超声振动能增大表面残余压应力,磨削深度和工件速度的增加对增大残余压应力有益,而砂轮速度的增大将使残余压应力减小。     

工程陶瓷超精密磨削表面质量的研究

本文从几何和物理特性两方面研究了ZrO2和Sialon陶瓷超精磨制削的表面质量。实验结果表明：金刚石砂轮磨粒尺寸和磨削深度对磨削表面的微观形貌如几何形态和表面纹理具有重要影响。超精密磨削的表面存在着残余应力，但其数值较小，残余应力从表面向材料内部迅速减小，砂轮磨粒尺寸和磨削深度是残余应力的主要影响因素。在ZrO2和Sialon陶瓷超精密加工的表面上亦存在着相变，ZrO2陶瓷的相变将引起表面残余压应力的增加，Sialon陶瓷的相变对表面残余应力的影响很小，采用TEM和XRD对超精密磨削表层结构的研究表明，在加工表层存在着很深的变质层，它由表面的非晶层和相邻的塑性变形层组成，然后逐步过渡到基体组织。     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削下,工件表面粗糙度都低于普通加工,而超声振动辅助ELID磨削后的工件表面质量最高,相对普通磨削加工,超声振动辅助ELID磨削后的表面粗糙度降低了66％,相对于超声振动辅助磨削,超声振动辅助ELID磨削后,表面粗糙度降低了约41％.对工件表面进行残余应力测定发现,普通磨削加工后工件表面为残余拉应力,而超声振动辅助磨削、超声振动辅助ELID磨削后的工件表面都产生了残余压应力,超声振动辅助ELID磨削后,工件表面的残余压应力高于超声振动辅助磨削约30％.普通磨削加工中,随磨削深度的增加,残余拉应力一直变大,而超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削的残余压应力总体呈现减小的趋势.在磨削深度达到22.5μm后,超声振动辅助磨削加工表面的残余压应力转变为残余拉应力.在超声振动辅助磨削和超声振动辅助ELID磨削后,随超声振幅的增大,表面残余压应力增大,超声振动辅助ELID磨削表面的残余压应力随占空比的增大而增大.结论 超声振动辅助ELID磨削加工后,能得到更小的表面粗糙度及更大的表面残余压应力.     

磨削硬化深度预测

磨削硬化是利用磨削过程中产生的热、机械复合作用直接对工件进行表面淬火的新工艺。通过建立磨削温度三维分析模型和热金属效应分析,实现磨削硬化加工工件硬度的预测。基于瞬时温度分布和运动非稳定三维热传导微分方程,并考虑砂轮与工件及冷却液与工件交互作用时热传导情况和材料本身的热扩散,建立了磨削温度三维分析预测模型,结合对加工过程奥氏体相位比例的计算及珍珠岩、残余奥氏体和马氏体的转变等热冶金效应分析,得出磨削硬化加工后硬化深度,实现随加工参数变化的硬化深度分布预测。将此模型与有限元模型进行对比,并通过实验进行了验证。     

工程陶瓷磨削表面残余应力的测量新方法

磨削加工后工程陶瓷零件表面会产生残余应力。X射线衍射法是用来测量磨削加工后工程陶瓷中残余应力的可靠测量手段。传统的X射线衍射法称之为sin^2ψ法，通常只能测量工件表层的残余应力；本文介绍了一种残余应力测量新方法，该方法联合使用sin^2ψ法和掠入射X射线衍射法从而得到残余应力在试件中的深度分布。如果考虑X射线的折射，在一系列掠射角下采集到的X射线衍射花样的有效穿透深度和衍射角必须进行折射校正。最后，用这种方法得到的残余应力值是X射线照射的所有层的平均值。     

超声磨削氧化锆陶瓷表面相变与残余应力特征实验研究

针对氧化锆陶瓷的易相变特点,通过对ZTA陶瓷和纳米氧化锆陶瓷进行对比实验,研究了氧化锆陶瓷磨削表面相变特性,分析了磨削表面的残余应力特征.实验结果表明,亚稳态四方相氧化锆的含量以及磨削应力是诱发氧化锆陶瓷产生马氏体相变的主要因素;陶瓷磨削过程中,砂轮的磨削深度越大、磨粒粒径越大,在材料基体中产生的磨削应力越大,从而马氏体相变率增大;纳米氧化锆陶瓷磨削表面产生的残余压应力值大于ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷.通过分析磨削参数对残余应力的影响,验证了马氏体相变可在一定程度上促进残余压应力的产生,从而提高磨削表面的质量.     

氮化硅陶瓷的残余应力和抗弯强度特性

利用X射线衍射方法测量了经不同磨削的氮化硅陶瓷表面残余应力及其对抗弯强度的影响。结果表明 ,磨削工艺所引入的残余应力是拉应力 ,显著降低陶瓷抗弯强度。     

TC4钛合金纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

目的 探究纵扭超声磨削工艺参数对TC4钛合金加工表面残余应力状态的影响规律,提高TC4钛合金的抗疲劳性能.方法 通过纵扭超声磨削力模型,对磨削过程中的机械应力和热应力展开理论分析,并进一步建立纵扭超声磨削表面残余应力模型,通过MATLAB仿真获取磨削加工残余应力分布状况.基于力-热耦合作用,建立纵扭超声单颗磨粒磨削有限元模型,分析磨削参数对残余应力的影响规律,并通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验,对模型的合理性进行验证.结果 TC4钛合金超声磨削加工表面残余应力为残余压应力,且该应力沿工件深度方向的分布曲线与"对号"相似.工件表面残余压应力起初随磨削深度增加逐渐增大,当磨削深度增加到8μm时,残余压应力达到最大值,为-488 MPa,之后随磨削深度的增加,呈现减小趋势.随磨削线速度的增大,残余压应力整体呈现减小趋势,随纵扭超声振幅的增大,整体呈现增大趋势.加工表面残余应力仿真与试验结果的平均误差为9.8％,且变化趋势具有一致性.结论 纵扭超声辅助磨削加工可有效消除加工表面的残余拉应力,并获得较为理想的残余压应力,进而显著提高TC4钛合金的抗疲劳性能.