Cr12MoV模具钢磨削温度场及残余应力研究

作     者：邱奕 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周里群

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：Cr12MoV模具钢 磨削温度场 残余应力 

摘      要：磨削加工作为机械制造中提高产品精度、可靠性以及延长使用寿命的一种重要的加工工艺,广泛应用于各类制造业中。目前,随着高硬度、高强度、高耐磨性、高性能新型材料的大量使用,给磨削加工带来了更多新的挑战。由于磨削加工存在较高比磨削能,磨削过程中将导致工件磨削区温度过高,从而引起磨削工件表面产生烧伤、热应力-应变耦合作用的急剧变化将会导致磨削后工件残余应力的产生,引起产品的破坏。为了避免上述情况的产生,有必要对磨削温度和磨削后残余应力进行分析与讨论。本文选取Cr12MoV模具钢,采用数值仿真与实验分析相结合的方法对平面磨削进行研究,其主要工作如下:(1)对磨削过程中的相关理论与计算进行了研究。以传热理论为基础对瞬态温度场磨削温度场进行分析,对影响磨削温度场模型的相关参数进行介绍,重点对磨削力、磨削热量分配比、磨削移动热源进行了研究,为后面进一步对磨削温度场及残余应力研究奠定了理论基础。(2)利用ANSYS14.5中APDL参数化设计语言,采用了矩形热源模型,对不同的磨削工况下磨削温度场进行3D有限元仿真,绘制了三组工艺参数对温度场影响曲线图。结果表明:磨削温度随着磨削深度从0.05mm增加至0.20mm、砂轮速度由25r/s提高到40r/s过程中,磨削区温度明显升高;工件速度由0.10m/s提高到0.30m/s的过程中,温度场变化不明显。(3)利用热弹塑性有限元方法,忽略材料相变的影响,对Cr12MoV模具钢平面磨削热力耦合场进行了分析,得到了磨削后工件的残余应力分布图。结果表明:磨削表面同时存在残余压应力与拉应力,其大小随着磨削深度、工件速度的增大而增大,随着砂轮速度的增大却减小;沿着深度方向,残余压应力逐渐减小。(4)针对Cr12MoV模具钢的平面磨削进行了相关参数的实验,主要包括实验试件、实验磨床、磨削砂轮等的选取,同时针对热电偶测量温度原理进行了相关的介绍,测试了不同参数下磨削的磨削力和磨削温度,其结果与仿真误差较小,有效地验证了仿真的正确性。