【摘 要】
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作为发动机的重要零件之一,凸轮轴的产量大、使用面广,其加工精度、表面质量、烧伤程度直接决定着发动机的工作质量和效率。凸轮高速磨削过程中往往会伴有大量热量的产生,并
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作为发动机的重要零件之一,凸轮轴的产量大、使用面广,其加工精度、表面质量、烧伤程度直接决定着发动机的工作质量和效率。凸轮高速磨削过程中往往会伴有大量热量的产生,并以热能的形式进入工件和砂轮,导致磨削弧区局部温度急剧升高,极大地影响凸轮的表面完整性及其使用性能,甚至引起凸轮表面的热损伤(包括表面的烧伤、裂纹、残余应力等)。因此,本文以凸轮轴高速磨削热为研究对象,分析了凸轮轴高速磨削加工机理及工艺特点,建立了适用于凸轮高速磨削温度理论计算的热流分布模型,开展了凸轮轴高速磨削温度数值模拟和实验研究,为寻求准确合理地监视和控制磨削热损伤工艺措施、改进凸轮轴磨削工艺、充实磨削工艺数据库提供了科学依据。首先,本文分析了凸轮轴数控磨削加工原理及其工艺特点,探讨磨削过程中凸轮工件与砂轮的几何运动学特性及其对磨削热的影响,进行凸轮轴高速磨削过程磨削热的生成理论解析,推导了适用于凸轮轴磨削温度理论计算的可变热流分布模型,提出了一种凸轮轴高速磨削弧区热量分配比的计算方法。其次,本文阐述了磨削加工热分析过程的理论基础和热分析有限元法的基本理论,在ANSYS有限元软件中对凸轮轴进行了APDL参数化建模,提出了一种非圆曲面磨削热源加载方法,并基于可变热流分布模型对凸轮高速磨削温度进行了有限元仿真。最后,本文搭建了基于红外热像仪的凸轮轴高速磨削温度测量装置,开展了凸轮轴高速磨削实验,探讨分析了不同磨削工艺参数对磨削温度的影响机制,对比分析了仿真结果与实验结果,结果比较吻合,验证了理论模型与仿真的正确性,并提出了基于工件表面温控目标的凸轮轴磨削工艺优化策略。
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