凸轮型面摆动磨削残余应力有限元建模及分析

为分析摆动磨削工艺参数对表面残余应力的影响规律,基于热-力顺序耦合理论,建立基于温度场的凸轮残余应力有限元仿真模型,研究摆动频率、摆动幅度、砂轮线速度、磨削深度、工件转速、砂轮宽度、砂轮直径等工艺参数对凸轮型面残余应力的影响规律。结果表明：残余应力随工件转速、磨削深度、砂轮线速度的增加而增加,随砂轮宽度的增加先增加然后趋于平缓,随砂轮直径的增加而减少,随摆动频率与摆动幅度的增加而缓慢增加。     

熔石英磨削的残余应力层深度预测研究

目的 磨削后工件表面残余应力处于裂纹层下方其位置隐蔽、不易检测，使用过程中受到应力作用易扩展成裂纹，影响后续工艺参数设计和工件使用寿命。因此，研究磨削后表面残余应力层深度有助于确定后续工艺加工余量，提高工件使用性能。方法 本文采用离散元法建立单颗磨粒磨削熔石英的离散元模型，研究磨粒粒径对工件亚表面损伤深度的影响。采用角度抛光法和差动腐蚀法测量熔石英亚表面裂纹层和损伤层深度，计算残余应力层深度并验证模型。结果 当磨粒粒径分别为7、14、28、40μm时，仿真得到的裂纹层深度分别为2.53、3.02、4.07、7.39μm，残余应力层深度分别为0.75、1.00、1.34、2.33μm；实验测得的裂纹层深度分别为2.51、3.14、4.65、8.16μm，残余应力层深度分别为0.86、0.93、1.31、1.87μm。由此可见，随着磨粒粒径的增大，工件表面的脆性去除愈加明显，表面质量变差，亚表面裂纹层深度和残余应力层深度增大。仿真预测裂纹层深度与实验值偏差小于15%，残余应力层深度偏差小于25%，残余应力层深度约为裂纹层深度的1/4～1/3，随磨粒粒径增大，比例逐渐减小。结论 离散元仿真可...     

表面残余应力影响因素和调控技术的研究进展

残余应力的存在在一定程度上影响了工件的疲劳寿命和抗腐蚀能力等,调控工件内部残余应力的分布在工程应用上具有很高的研究价值,合理调控应力能够有效抵抗工件表面的裂纹萌生,提高工件表面整体完整性。具体阐述了残余应力的概念和分类;分别从铣削、磨削和焊接角度归纳了传统加工过程中残余应力的产生机理及其对材料性能的影响;对相关残余应力检测技术的原理和优缺点进行论述;概述了残余应力有限元计算方法;综述了各种加工方法下,工艺参数对工件表面残余应力产生的影响;针对优化工艺参数调控残余应力无法满足工件的整体性能需求,归纳了时效法调控残余应力的机理;综述了能够进行应力调控的表面强化处理技术,包括机械作用下的孔挤压强化、超声振动磨削、喷丸工艺、超声滚压和激光冲击、能量外部输入下的高能声束调控技术、高能量密度脉冲电流和激光辐照应力调控技术。此外,针对单一表面强化处理技术调控残余应力的不足,概述了超声挤压-激光冲压、激光冲击-超声滚压以及激光冲击-喷丸等相关的复合表面强化工艺。最后,指出了表面强化处理技术处理复杂曲面,以及复合表面强化工艺是未来表面完整性加工的发展方向。     

An investigation on surface grinding using graphite as lubricant

Grinding requires high specific energy and the consequent development of high temperature impairs workpiece quality by inducing tensile residual stress, burn, micro cracks etc. Control of grinding temperature is achieved by providing effective cooling and lubrication. Conventional flood cooling is often ineffective due to the relative inaccessibility of the fluid to the actual grinding zone, film boiling etc. Further these fluids are also a source of health hazards. Minimization and possibly the elimination of fluid coolants by substituting their functions by some other means is of current research interest. This paper deals with an investigation on using graphite as a lubricating medium to reduce the heat generated at the grinding zone. An experimental set-up has been developed for this and a detailed comparison has been done with dry and coolant flooded grinding in terms of forces, specific energy, temperature and surface finish. Results show that grinding force, energy and temperature are reduced and resultant surface finish depends on workpiece material.     

超声振动辅助缓进给磨削温度场仿真与试验分析

目的通过对比研究磨削过程中超声振动辅助缓进给磨削工件表面的温度变化,验证超声振动对磨削热的影响,为进一步研究磨削机理提供依据。方法基于磨削温度场解析模型,建立了磨削热源平均强度。运用ANSYS软件热分析模块分别对普通缓进给磨削和超声辅助缓进给磨削进行了工件表面温度场仿真,得到了不同载荷步的温度场分布以及工件表面的温度时间变化曲线,较准确地反映了磨削工件时工件表面的温度变化。结果试验和模拟表明,缓进给磨削工件时,工件表面温度较高,对工件施加超声振动后,能够有效降低磨削力,减少磨削过程中产生的热量,降低工件表面温度20%左右。结论超声振动辅助磨削工件时,由于工件高频振动导致磨粒与工件间断性接触,使磨削过程变为有规律的脉冲状断续磨削,有利于工件散热,降低了磨削温度,为避免缓进给磨削时容易出现的磨削烧伤现象提供了技术支持。     

18CrNiMo7-6钢高速外圆磨削残余应力和硬度的试验分析

针对18CrNiMo7-6渗碳钢工件,以砂轮线速度vs、工件转速nw、砂轮径向进给速度vfr和砂轮CBN磨料粒度为变量设计单因素试验,分别采用X射线残余应力分析仪和显微硬度计对工件的表面残余应力和硬度进行检测.结果表明:高速外圆磨削可为18CrNiMo7-6渗碳钢工件的表面引入残余压应力,X方向的压应力小于Y方向的压应...     

平面磨削中工件温度场的直接测温

平面磨削中工件温度场采用红外成像的电荷偶合装置(CCD)测量。在高空问、瞬时条件下红外辐射(IR)温度测量一直是沿磨削试件一侧进行测定试件表面和次表面的温度。用斜面磨削的方法，使磨削深度持续增加，获得了随材料磨除率而改变的磨削温度的变化。这些测量结果与用传统的恒磨除率磨削试验具有良好的相关性。确定了最高温度的位置和值，包括温度梯度。讨论了确定磨削热模型测量的含意及工件的烧伤苗头的预测。     

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。     

缓进深切磨削钛基复合材料磨削温度的研究

颗粒增强钛基复合材料（PTMCs）是具有高强度、高硬度和良好耐热性的新型金属基复合材料,在航空航天领域具有广阔应用前景。针对PTMCs材料极易发生的磨削烧伤问题,开展PTMCs材料的缓进深切磨削研究,对磨削过程中磨削温度和工件表面形貌的变化规律进行了分析。利用有限元温度仿真的方法,研究缓进深切磨削PTMCs传入工件的热量比例。结果显示:缓进深切磨削PTMCs过程中,磨削深度大于0.6 mm时容易发生烧伤;当工件材料表面发生严重烧伤时会产生裂纹;随着磨削深度增大,加工表面形貌逐渐变差。      

Q345钢激光熔覆的残余应力分析

针对因残余应力而出现的熔覆层表面开裂等问题,设计了合理的试验方案,获得熔覆与冷却过程中工件的残余应力值。根据残余应力值比较不同工艺路线的优劣,发现工件预弯能够显著降低残余应力。同时使用ANSYS进行仿真分析,模拟工件的温度场与应力场。分析得到,工件因纵向塑性畸变而产生的纵向应力是残余应力的主要成分。     

Experimental study on grinding force and grinding temperature of Aermet 100 steel in surface grinding

This paper investigates grinding force and grinding temperature of ultra-high strength steel Aermet 100 in conventional surface grinding using a single alumina wheel, a white alumina wheel and a cubic boron nitride wheel. First, mathematical models of grinding force and grinding temperature for three wheels were established. Then, the role of chip formation force and friction force in grinding force was investigated and thermal distribution in contact zone between workpiece and wheel was analyzed based on the mathematical model. The experimental result indicated that the minimum grinding force and the maximum grinding force ratio under the same grinding parameters can be achieved when using a CBN wheel and a single alumina wheel, respectively. When the phenomenon of large grinding force and high grinding temperature appeared, the workpiece material would adhere locally to the single alumina wheel. Grinding temperature was in a high state under the effect of two main aspects: poor thermal properties of grinding wheel and low coolant efficiency. The predicted value of grinding force and grinding temperature were compared with those experimentally obtained and the results show a reasonable agreement.     

Temperature distribution in a workpiece during cylindrical plunge grinding

In cylindrical plunge grinding, a large amount of heat flows into the workpiece continuously, accumulates and remains even after the process, which causes dimensional error. Therefore it is necessary to investigate the temperature distribution in the workpiece during grinding and analyze the influence of grinding heat on the dimension. Such an investigation has not been done enough, because the technology to measure the temperature distribution in the rotating workpiece has not matured. Considering such background, an in-process measuring system has been developed, which makes it possible to detect the temperature distribution in a wide range from the outer surface to the inside of the rotating workpiece. The system consists of small temperature sensors which are embedded into the workpiece, a micro computer attached on the workpiece which acquires the data from the sensors and transmits to a personal computer by a wireless communication device. Furthermore the contact type thermocouple which enables to measure the rotating surface temperature is added to the system. Measurement experiments revealed that the grinding heat conducts from the workpiece surface toward the center, accumulates, and remains in the workpiece even after the process. Heat conduction simulation was also performed. Good agreement was achieved between the simulated temperatures and experimental measurements.     

基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化,基于反热源原理,以实际测量的磨削温度为基础,采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法,仿真计算工件磨削温度场的变化,并与瑞利分布热源模型预测结果对比,对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明:基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性,相对误差在3.0%～7.5%,比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。      

脆性材料平面磨削温度场的测量及分析

磨削温度直接影响砂轮寿命、加工成本和工件质量,一直是磨削加工领域研究加工过程及其本质的重点.获得磨削弧区温度及工件实际的温度场分布是研究磨削热机理的基础.本文采用NEC TH31-110红外热像仪,测量了平面干磨削脆性材料时的热像图,获得了工件整体温度场分布及沿层深的温度分布数据,确定了工件磨削接触区的最高温度及其准确...     

结构化超硬磨料砂轮设计与制备研究进展

从减摩降力、导屑促排、储液换热的角度出发，探索结构化砂轮在降低磨削力及磨削温度、抑制工件表面热损伤、提高工件加工表面完整性等方面的有效方法。以砂轮表面/基体结构的几何形状、三维尺寸及排布方式等因素对磨削性能的影响为主线，对结构化砂轮设计、制备的基本原理与最新进展进行了全面的论述和总结，重点揭示了结构表征参数-砂轮磨削性能-工件表面质量的内在关联，深入剖析了结构化砂轮在磨削中的优越性，并预测了其未来发展趋势，旨在为推进超硬磨料结构化砂轮的设计及制备技术发展提供理论指导和实践经验。     

断续磨削表面烧伤机理与在线监测方法研究

目的 研究断续磨削烧伤机理和声发射在线监测方法,避免产品磨削加工烧伤现象.方法 基于平面磨削温度场理论和镜像热源方法,建立一种断续磨削工件边缘的温度场模型,基于该模型可对断续磨削烧伤机理进行研究.为验证上述模型的有效性,通过正交实验设计不同断续磨削工况实验,利用红外热成像仪和声发射信号对断续磨削区温度进行在线监测,使用酸洗法和巴克豪森噪声检测仪对磨削后工件表面进行烧伤检测验证,通过对声发射信号的小波包能量求解,建立其与磨削区温度之间的关系.结果 该模型可有效反映断续磨削时工件边缘处磨削区温度场分布情况.计算结果表明,断续磨削工件断口边缘比其他位置磨削区温度更高,且更容易引起烧伤.实验表明,声发射信号的小波包变换总能量与磨削区呈一定相关性,基于声发射信号可对断续磨削烧伤实施在线监测.结论 实验结果证明了该模型对断续磨削烧伤机理分析的有效性,以及利用声发射信号对断续磨削烧伤在线监测的可行性.最后针对某一转向螺母产品实际断续磨削加工烧伤进行在线监测应用,实践结果表明,该方法比传统酸洗烧伤检测更加高效环保,对实现磨削加工烧伤检测自动化和智能化具有重要意义.     

不同磨削参数下高温合金磨削温度场的数值模拟及试验研究

磨削加工产生的温度场会根据自身分布特性对试件造成不同程度烧伤。提出改进的平面磨削热量分配理论模型并结合ABAQUS建立磨削温度场有限元模型,基于热成像法提出一种研究试件表面温度场分布的方法,并对仿真结果进行了验证,利用表面形貌对加工质量进行了分析。结果表明：仿真结果和实际加工过程的温度相对应,且靠近工件中心1 cm范围内都是高温区域;磨削高温所影响的深度大约只存在于温度影响深度的前1/3。     

钢轨打磨用新型复合砂轮及其磨削试验

利用钎焊技术和传统热压技术研发出一款钢轨打磨用新型复合砂轮,复合砂轮除含传统树脂砂轮的成分外还含金属结合剂金刚石插片,用其在钢轨打磨试验机上与传统树脂砂轮进行工件打磨对比试验,分析工件打磨后的打磨温度和表面粗糙度变化,并对钢轨打磨后的磨屑进行电镜、能谱分析。试验结果表明:与纯树脂砂轮相比,采用新型复合砂轮打磨工件,其打磨温度峰值下降10%左右,砂轮中插片数越多下降比例越大;工件表面粗糙度下降比例在9%以上,且随着砂轮中插片数量的增加而增大;同时,磨屑中球状磨屑比例更低,球状磨屑中O元素质量分数更小。      

磨粒半径对金刚石研磨加工影响机制的仿真研究

为解析金刚石磨粒尺寸变化对金刚石材料研磨质量的影响机制,利用分子动力学方法建立球形刚性金刚石磨粒研磨金刚石工件的模型,研究不同磨粒半径下的磨削力变化规律和应力、相变分布.结果表明:磨粒半径从6a增大到20a(a为金刚石晶格常数),磨削平均法向力和平均切向力均线性增加,但平均法向力增量为平均切向力的3倍;磨粒与工件间的剪...     

外圆纵向磨削工艺对18CrNiMo7–6钢表面完整性的影响

为了探究工件转速n_w、磨削深度a_p和纵向进给速度v_f等磨削工艺参数对18CrNiMo7–6钢表面粗糙度和表层残余应力的影响,用端面外圆磨床开展其单因素外圆纵向磨削试验。结果表明：随着n_w的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,当nw为120 r/min时,R_a达到最小值,此时工件表面的残余压应力最大;当n_w大于120 r/min时,工件表面残余应力出现起伏。随着a_p的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,工件表面残余拉应力随着磨削深度的增大而增大。随着v_f的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,当v_f为210mm/min时,R_a值最小;且随v_f的增大,工件表面残余压应力逐渐减小,并最终转变为逐渐增大的残余拉应力。