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。     

磨削温度场建模及热传递分析与实验验证

以磨削原理为基础,分别建立了干磨削、湿磨削和纳米粒子射流微量润滑磨削的温度场理论模型,分别对各种冷却条件下的温度场进行热量的传递分析。借鉴强化换热理论,分析了纳米粒子射流的导热特性,并对纳米粒子射流微量润滑磨削温度场能量的分配进行分析,理论推导出由砂轮/工件界面传入工件的能量比例系数及工件平均表面温度,用4种冷却方式进行磨削实验,分别通过红外热像仪和测力仪测得工件的表面温度和切向磨削力,并计算出传入工件的能量比例系数,证实浇注式磨削能量比例系数最低,其次为纳米粒子射流微量润滑磨削,分别为40.06%和46.47%。     

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。     

磨削淬硬温度场的数值模拟

根据磨削比能、传热学等理论建立了磨削淬硬温度场的有限元模型,借助有限元软件Ansys对40Cr钢磨削温度场及工件的冷却速度进行了研究,得出了工件磨削温度场。最后通过不同工艺参数下的工艺试验与Ansys计算值进行了对比。结果表明,使用Ansys和试验值是吻合的,说明使用有限元方法模拟工件表面温度场是可靠和可行的。     

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。     

磨削淬火技术的温度场分析和材料相变研究

磨削淬火技术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。通过对温度场的分析和材料相变的研究 ,发现利用计算机仿真磨削淬火温度场 ,不仅可以节省大量分析时间和试验费用 ,而且可以利用磨削温度场仿真技术 ,通过选择不同的工艺参数来预测和控制相变层厚度     

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．     

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。     

纳米氧化锆陶瓷精密磨削温度场建模及有限元仿真

在分析纳米氧化锆陶瓷材料加工性能基础上,建立了纳米氧化锆精密磨削温度场理论模型,应用ANSYS软件在不同磨削工况下对三维模型进行仿真分析,结果表明:随着砂轮切入工件,工件的温度急剧上升,然后趋于平缓,在工件表面形成极高的温度梯度,若工件足够长,会存在一个稳定区;随着磨削切深增大,磨削弧区形成局部高温,造成工件的烧伤。     

NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF THE TEMPERATURE FIELD IN SURFACE GRINDING

Three-dimensional numerical simulations are carried out to investigate the temperature field in the contact zone due to the thermal loading of the workpiece in surface grinding. This technique considers that the thermophysical properties of the workpiece material are non-linear according to temperature, the contact zone between the wheel and the workpiece is assumed as an arc surface, and the heat flux entering the workpiece is assumed as proportional to the local undeformed chip thickness. A good agreement is found between the simulated results and the experimental observations. The high grinding temperature leads to the thermal expansion of the workpiece material, which causes the thickness of the actual material removal layer to be larger than the cutting depth. The grinding temperature at the central portion is higher than that on the side of the workpiece during the wet grinding, thus the material removal layer in the central zone is thicker than that on the side zone, and the workpiece surface is concave across the grinding width.     

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。     

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。     

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.     

A hybrid of theory and numerical simulation research for virtual rolling of double-groove ball rings

The analytical thermal model of the grinding process is an important tool for predicting temperature to minimize workpiece thermal damage while improving process efficiency. As more and more numerical models are developed for the grinding temperature research, the established analytical model can be validated with numerical method. A new analytical thermal model of arc moving heat source for rectangular workpiece is deduced, and the temperature distribution results of this analytical model are compared with a validated numerical model. A principle based on the influences of parameters on the analytical and numerical results is proposed for comparing the analytical and numerical model. The comparison result shows that the temperature distribution results agree well on the contact surface, and there are few errors on the finished surface; the significant errors only appear at the boundary between different areas. The established analytical model is validated by the comparison result and can be used for further research about the heat transfer in surface grinding by cup wheel.     

凸轮轴高速磨削温度的实验研究

为深入探讨凸轮轴高速磨削过程中磨削温度的演变规律,设计了基于红外热像仪的凸轮轴高速磨削工件表面温度的实验测试装置。采用正交试验法和单因素试验法设计磨削实验,开展了不同磨削工艺参数下的磨削温度实验,运用极差法和方差法综合分析了相关磨削工艺参数对磨削温度的影响规律,基于工件表面磨削温度和表面粗糙度分析了凸轮轴高速高效磨削的可行性,为解决凸轮磨削表面热损伤等问题提供了参考。