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磨削淬硬温度场分析及其工艺参数确定方法研究

作　者: 张振果
导　师: 葛培琪
学　校: 山东大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 磨削淬硬红外测温温度场数值模拟参数选择
分类号: TG580.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 72次
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内容摘要

磨削淬硬工艺是利用磨削热对非淬硬钢进行表面淬火的新型复合加工工艺。鉴于其潜在的应用前景,磨削淬硬加工质量的预测和主动控制逐渐成为该技术的研究主题之一。本文利用磨削淬硬实验研究和数值模拟相结合的方法,为优化工艺参数和主动控制淬硬效果提供了必要依据,主要研究内容如下：在MKL7120×6型强力磨床上进行了磨削淬硬实验研究,对磨削力、淬硬层深度进行了测量,利用TH5104R型红外热像仪对磨削温度场进行了跟踪测量,在进给速度小于10mm/s的工况下得到了稳定清晰的热图像。将磨粒的数理统计结果应用于有效磨粒平均切入深度、磨粒实际接触面积、磨削平均切削断面积等动态磨削参数的计算,并利用磨削力的尺寸效应对原有磨削力计算模型进行了修正,理论结果与实验结果的相对误差在11%以内。将每一个有效工作磨粒看作有效热源,基于有效磨粒的数理统计建立了更确切的反映实际磨粒磨削过程的热流密度模型。利用上述理论计算结果,对不同实验条件下磨削温度场进行了有限元数值模拟,得出了工件表层温度场的仿真结果,并对磨削淬硬非稳态区域和磨削淬硬层深度进行了预测。研究了三角形热源分布对磨削温度场仿真的影响,与红外测温实验结果的对比表明,两者温度场分布的外形轮廓和温度等值线的变化趋势基本一致,且la=0.8 lc的三角形热源分布获得了更高的预测精度,相对误差最大为8.6%。磨削淬硬层深度的预测结果和实验结果基本一致,最大误差10.7%。总体来看,数值模拟完全可满足磨削淬硬温度场和淬硬层深度预测的要求。对磨削液沸腾和工件奥氏体化临界热流密度进行了理论分析,建立了磨削淬硬临界热流密度模型,实验结果表明该模型可较准确预测磨削淬硬现象的发生,从而为磨削用量初步选择提供了必要依据。以淬硬层深度和临界热分析模型作为约束条件,基于上述有限元仿真计算建立了各种参数组合下磨削区热流密度与磨削淬硬层深度的对应关系；基于热流密度模型,建立了工艺参数与热流密度的对应关系。通过三维空间函数的二维插值运算,构造了淬硬层深度对应于磨削参数的插值函数,从而建立起了磨削淬硬工艺参数选择流程。编制了图形用户界面,并进行了实例计算。预测及实验结果表明,参数选择的结果具有一定的准确度的,因此该方法具有可行性。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题研究的背景与意义  10-12
    1.1.1 工程背景  10-11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 磨削淬硬研究的现状  12-15
    1.2.1 磨削淬硬实验研究  12-13
    1.2.2 磨削淬硬预测研究  13-15
  1.3 磨削热分析的研究现状  15-20
    1.3.1 磨削温度场测试研究  15-17
    1.3.2 磨削温度场的数值模拟  17-18
    1.3.3 磨削表面热损伤的预测研究  18-20
  1.4 本文的研究内容  20-22
第2章磨削淬硬实验研究  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 实验条件  22-24
    2.2.1 实验材料  22-23
    2.2.2 实验平台  23-24
    2.2.3 加工工艺  24
  2.3 磨削力测试实验  24-27
    2.3.1 测试原理及方案  24-26
    2.3.2 实验结果及分析  26-27
  2.4 磨削温度测试实验  27-31
    2.4.1 测试原理及方案  27-29
    2.4.2 实验结果及分析  29-31
  2.5 磨削淬硬层测量实验  31-33
    2.5.1 实验原理及方案  31-32
    2.5.2 实验结果及分析  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章磨削力模型修正及其应用  34-48
  3.1 引言  34
  3.2 磨削力模型修正  34-40
    3.2.1 动态磨削参数  34-36
    3.2.2 磨削力模型  36-37
    3.2.3 理论计算及验证  37-40
  3.3 磨削热流密度  40-47
    3.3.1 宏观热分析模型  40-42
    3.3.2 基于数理统计的热分析模型  42-43
    3.3.3 计算结果及讨论  43-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章磨削淬硬温度场的仿真研究  48-64
  4.1 引言  48
  4.2 磨削淬硬传热学模型  48-49
  4.3 磨削淬硬温度场的数值仿真  49-53
    4.3.1 ANSYS有限元模型  49-51
    4.3.2 APDL参数化设计  51-53
  4.4 仿真结果及讨论  53-59
    4.4.1 磨削温度分布仿真  53-57
    4.4.2 磨削淬硬非稳态区域  57-59
  4.5 磨削淬硬层深度的预测研究  59-62
  4.6 本章小结  62-64
第5章磨削淬硬工艺参数确定方法  64-80
  5.1 引言  64
  5.2 工艺参数选择流程  64-66
  5.3 磨削淬硬临界热分析  66-71
    5.3.1 磨削液沸腾临界热流密度  66-67
    5.3.2 奥氏体化临界热流密度  67-68
    5.3.3 分析结果及讨论  68-71
  5.4 磨削淬硬工艺参数的选择  71-78
    5.4.1 淬硬层深度仿真结果数据库的构建  71-73
    5.4.2 淬硬层深度插值函数的构建  73-75
    5.4.3 工艺参数选择的实例探讨  75-78
  5.5 本章小结  78-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读学位期间发表的论文、参加的课题  86-87
致谢  87-88
学位论文评阅及答辩情况表  88

磨削淬硬温度场分析及其工艺参数确定方法研究

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