轴类工件磨削摩擦学性能仿真研究

• 作 者: 郑子琦
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 摩擦学性能 轴类工件 磨削温度 数值仿真

磨削作为轴类工件精加工的一道重要工序,砂轮与工件之间摩擦学性能关系到工件表面质量的优劣。由于实验复杂而且成本较高,一些学者利用数值仿真方法来研究磨削过程。但这些研究大多忽略了磨削液的流动作用以及工件与磨削液的相互影响,而且磨削液的摩擦学性能会影响磨削加工表面质量。因此,本文在项目“**************精密加工技术及表面完整性研究”的资助下,开展的主要工作如下:本文首先建立了计入工件变形影响的轴类工件磨削等温润滑模型,并利用流固耦合方法求解,对比研究了考虑和不考虑工件变形影响的磨削液承载力、摩擦力和摩擦系数。数值结果表明:较低的砂轮速度、较小的间隙或较高的磨削液密度可以减小磨削液的摩擦系数;工件变形会导致磨削液承载力和摩擦力减小,摩擦系数增大;上述现象会受到砂轮速度和磨削液粘度的影响。然后,在上述研究基础上,建立了计入热作用的磨削液冷却润滑模型,研究了磨削液的冷却效率以及热作用对磨削液承载力和摩擦力的影响。数值结果表明:较低的粘度或较高的热导率可以提高磨削液的冷却效率;较大的磨削深度或砂轮速度会导致磨削液的冷却作用变得明显;热作用会导致磨削液承载力和摩擦力减小;较大的磨削深度或较小的砂轮直径会导致热作用对水基和油基磨削液承载力和摩擦力的影响增大;较大的砂轮速度会导致热作用对水基磨削液承载力和摩擦力的影响减小,对油基磨削液承载力和摩擦力的影响增大。接着,利用有限元法建立了单颗磨粒磨削模型,得到了瞬态磨削过程中圆锥形磨粒和棱锥形磨粒作用下工件温度分布,并在不同工况下对比了两种磨粒摩擦学性能的差异。数值结果表明:与圆锥形磨粒相比,棱锥形磨粒作用下工件温度较高、升温较慢、温度分布范围较广,同时工件塑性应变和磨粒磨削力也较大;在大切深、高速度及大磨粒振幅的条件下,磨粒形状对工件表面温度有显著影响。最后,通过磨削实验验证了磨削液的冷却润滑性能。实验表明:较大的磨削深度会导致被磨工件表面温度升高;较大的磨粒直径会导致被磨工件表面变得粗糙;磨削液的冷却作用会随着磨削深度增大变得明显;磨削液的润滑作用会随着磨削深度或磨粒直径增大变得明显,上述实验现象验证了仿真的相应规律。