磨削加工表面烧伤机理及仿真研究

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磨削烧伤是在磨削过程中其产生的瞬时高温使得工件表层的金相组织发生变化或软化变形,并在工件的某些表面出现氧化变色的现象。所以磨削区内的瞬时高温是形成变质层的主要条件,磨削烧伤理论的建立主要是在磨削区内温度场的研究基础上的,只有在对磨削热产生的来源充分了解的基础上才能对磨削烧伤的现象做出合理的解释及提出改善的办法。本文以平面磨削45#钢为例,从产生磨削烧伤的原因出发,这其中包括磨削时的基本参数、也包括磨削时的其他加工条件。分析了烧伤成因的理论,即磨削区短期内产生的高温是产生磨削烧伤的主要原因。所以在此基础上本文通过多种方法仿真得出磨削区内温度的分布及相应残余应力分布的状况。本文从这一目的出发,主要进行了以下方面的研究:(1)根据磨削加工的特点,从其加工成形的机理出发,研究了磨削区温度产生的来源及计算方法,并建立了磨削区的理论模型,其中包括热源的模型及温度传导模型。(2)理论模型确立以后,对影响磨削过程的各个磨削参数进行了详细的分析,通过有限元分析软件建立了磨削时的实体模型,并添加基本的加载条件后对磨削的状况进行了有效的仿真分析。在此基础上,通过研究各个加工参数对磨削区温度的影响程度及趋势,从而得出改善磨削烧伤产生程度的一些措施和方法。(3)由于磨削热产生的原因主要来自于材料大的塑性变形和砂轮磨粒与工件的强烈摩擦,在建立的理论模型基础上,从数值分析的角度对磨削区的加工状态进行了数值仿真研究,从不同角度克服了有限元仿真的局限,更加合理的验证了各个磨削参数对温度的影响。(4)从磨削加工的过程仿真出发,采用单颗磨粒对加工过程进行了仿真,这样从微观的角度做出进一步的分析,验证了磨削参数对磨削区温度场的影响趋势。(5)在仿真基础上,提出了实际磨削加工时各个磨削参数的优化方法,并对非磨削参数进行了分析及优化。
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