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磨粒叶序排布的电镀CBN砂轮磨削温度场研究

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磨粒叶序排布的电镀CBN砂轮磨削温度场研究

作者：张洪雷沈阳理工大学

学位级别：硕士

磨削加工在机械加工中占有重要的地位，常用于精密、超精密加工。随着制造业技术的飞速发展，传统的磨削已经不能满足当前加工要求。传统磨削砂轮表面磨粒多呈无规则排列，容易导致砂轮阻塞，产生磨削烧伤，降低加工质量，缩短砂轮寿命... 详细信息

磨削加工在机械加工中占有重要的地位，常用于精密、超精密加工。随着制造业技术的飞速发展，传统的磨削已经不能满足当前加工要求。传统磨削砂轮表面磨粒多呈无规则排列，容易导致砂轮阻塞，产生磨削烧伤，降低加工质量，缩短砂轮寿命。相关研究表明有序化砂轮磨削效果在各方面都优于传统的无序砂轮，但是对于砂轮表面磨粒的排布没有更深入的研究，本文将植物学中的叶序理论应用于砂轮的磨粒排布，并成功制备多个不同叶序系数的磨粒叶序排布电镀CBN砂轮，通过仿真研究不同磨削条件以及叶序系数下工件的温度分布。本文首先根据叶序理论设计了磨粒叶序排布的砂轮模型，根据设计的模型制造砂轮。对电镀砂轮中的关键步骤曝光和上砂进行了研究。曝光时，光的强度、掩膜与光源距离、曝光时间等都影响曝光效果，通过大量实验，确定了最佳的曝光方案。采用落砂法对砂轮圆柱面进行分段上砂，虽然耗时长，但是可以保证上砂率。通过电镀实验，成功制备磨粒把持强度高、分布规律的高质量电镀砂轮。其次，通过分析叶序排布理论和磨削温度的产生机理，建立叶序系数与磨削温度的关系。已有研究表明影响柱面叶序排布的关键因素为叶序角和叶序系数，叶序角决定了磨粒的排布方式，确定为137.508°，而叶序系数决定了磨粒的数量。通过数值分析得出叶序系数与显著斜列线对的对应关系，可以确定其中四颗磨粒的位置，对四颗磨粒进行干涉分析，得出磨削有效率，进而求得磨削力。通过matlab分析切平面内相邻两颗磨粒的切削位置关系，确定接触弧长与叶序系数之间的关系。将磨削力与接触弧长的计算结果用于磨削温度场的计算。最后，利用有限元分析软件ANSYS进行磨削温度场的仿真，将砂轮前进过程离散化，施加移动热源，得出工件的温度场分布图。对不同的磨削条件进行仿真，并分析产生变化的原因，通过观察不同的叶序系数下的温度场，可以调节叶序系数，避免磨削烧伤，提高加工质量和砂轮寿命。.

关键词：磨削温度场叶序排布电镀工艺仿真

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风电叶片磨削温度场建模与实验研究

风电叶片磨削温度场建模与实验研究

作者：李晓强河北工业大学

学位级别：硕士

随风电装机量的逐年增加,风电叶片作为风电机组重要部件之一,其需求量在成倍的增加。同时常年使用的风电叶片会因风蚀等自然灾害损坏,损坏的叶片如果可修复再利用就会降低生产成本。而在叶片生产和修复的过程中,打磨是重要的一道工序,... 详细信息

随风电装机量的逐年增加,风电叶片作为风电机组重要部件之一,其需求量在成倍的增加。同时常年使用的风电叶片会因风蚀等自然灾害损坏,损坏的叶片如果可修复再利用就会降低生产成本。而在叶片生产和修复的过程中,打磨是重要的一道工序,传统的人工打磨劳动强度大,效率低,作业环境恶劣且叶片表面质量均一性差。为了克服以上缺点,拟采用一种适合大型曲面磨削的类SEA柔性末端执行装置辅助的移动机械手进行磨削。本论文针对风电叶片磨削过程中的热损伤和温度实时测量困难等问题,对杯形砂轮端面磨削复合材料的温度场进行了相关的研究。目前基于均匀热源所建立的杯形砂轮平面磨削温度场解析模型存在温度预测精度较低等问题,因此本论文综合考虑杯形砂轮磨削时材料去除和磨削力分布,将热源形状与热流分布紧密结合,在柱坐标系中建立了在周向和径向成不同函数分布的非均匀热源模型,并推导了该热源下温度场的解析模型。近似解析法在推导的过程中逻辑性强,但是面对复杂边界条件下的热传导问题,其推导过程极其复杂。为了解决以上问题,利用计算机辅助的有限元法,建立了复合材料表面磨削的三维瞬态热传导数值模型。结果显示,自然对流换热或者强迫对流换热边界条件的添加使得磨削温度预测的精度提高,为杯形砂轮平面磨削材料防止磨削烧伤和指导散热提供更加准确的理论基础。为了验证温度场解析模型与数值模型,分析比较了目前磨削温度测量技术。本实验中采用人工热电偶法和高清红外测量技术对磨削温度场及特殊区域点的温度曲线进行测量,实验结果验证了热源模型及其温度场解析模型和数值模型的准确性。新的模型将温度预测的精度从20%降低至6.5%左右,磨削深度对磨削温度影响较大,工件进给速度对磨削温度影响最小。论文的研究结果为防止磨削烧伤和优化磨削参数提供理论基础。

关键词：风电叶片磨削温度场近似解析数值分析实验研究

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磨料有序化排布砂轮的磨削温度场研究

磨料有序化排布砂轮的磨削温度场研究

作者：陈晨沈阳理工大学

学位级别：硕士

现如今,磨削加工技术及磨床的应用在现代机械加工制造中也起到越来越重要的作用,但是传统的砂轮制造方法所制造砂轮上磨粒处于一种随机地排布,这导致在磨削加工时砂轮上的参与磨削的有效磨粒只占总磨粒数的少数,砂轮容屑空间不足不利于... 详细信息

现如今,磨削加工技术及磨床的应用在现代机械加工制造中也起到越来越重要的作用,但是传统的砂轮制造方法所制造砂轮上磨粒处于一种随机地排布,这导致在磨削加工时砂轮上的参与磨削的有效磨粒只占总磨粒数的少数,砂轮容屑空间不足不利于磨削液的流动及磨屑的及时排出,这些都会引起磨削加工中增大磨削力,磨削温度升高甚至引起工件烧伤,工件加工质量下降。因此,对砂轮表面磨粒的进行有序排布,使磨粒在轴向和周向实现非等距错位排布,形成空间上的互补,增加有效磨粒数并增大容屑空间,提高砂轮磨削性能问题成为当今磨削技术发展的重要方向之一。本文首先将生物学中的叶序理论创造性地应用于磨削领域,将其与磨削理论有机结合,设计并制造出了以叶序排布砂轮为基础的磨料有序化排布砂轮。综合考虑磨削区内的情况和镜像原理等,以已知的热源模型和热分配模型为基础得到了磨料有序化排布砂轮磨削区域的温度分布规律,建立了其磨削温度场模型。其次,本文采用工程上广泛应用的计算分析软件MATLAB对磨料有序化排布砂轮磨削温度场进行计算、仿真研究。分别对磨料有序化排布砂轮的普通磨削、缓进给磨削和高效深磨进行计算仿真研究,分析了磨料有序化排布砂轮在不同磨削状态下的温度分布情况以及砂轮线速度Vs、工件进给速度Vw和磨削深度ap对磨削温度的影响,并对不同排布砂轮进行了对比分析。仿真结果表明:磨料叶序排布砂轮的磨削温度要低于其它有序化排布砂轮的磨削温度。最后,本文对磨料有序化排布砂轮的磨削性能进行了实验研究,通过搭建实验平台进行了磨料有序化排布砂轮磨削TC4合金的温度实验研究。实验中,对磨削温度进行取样测量,分析了实验中工件表面磨削温度的分布情况及工件进给速度Vw和磨削深度ap对工件表面温度变化的影响,并对不同排布砂轮进行了对比分析。实验结果表明:在相同磨削条件下,磨料有序化排布砂轮能有效降低TC4的磨削温度,使用叶序排布砂轮能获得更低的工件表面温度。

关键词：磨削温度场有序化排布砂轮叶序理论计算仿真

Cr12MoV模具钢磨削温度场及残余应力研究

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Cr12MoV模具钢磨削温度场及残余应力研究

作者：邱奕湘潭大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： Cr12MoV模具钢磨削温度场残余应力

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SiCp/Al复合材料磨削温度场的研究

SiCp/Al复合材料磨削温度场的研究

作者：张春阳沈阳理工大学

学位级别：硕士

碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料由于具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子封装等领域。但由于其自身的特点存在加工困难或很难得... 详细信息

碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料由于具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子封装等领域。但由于其自身的特点存在加工困难或很难得到很好的表面质量等问题，限制了该材料的应用。磨削加工是制造领域特别是精密加工领域中一种重要的加工方法，但磨削过程中极高的能量输入几乎全部转化为热量集中在磨削区，此温度超过一定的临界值就会引起工件表面热损伤，影响零件的使用寿命及性能。因此，SiCp/Al复合材料磨削过程中温度场的研究对实现该材料高表面完整性的磨削具有重要的理论意义和实际价值。本文采用理论计算、实验测量和有限元仿真等手段，对SiCp/Al复合材料磨削过程中的温度场进行了系统研究，其主要内容如下：探讨了传热机理、热源分布模型以及三种热量分配比例模型等理论，确定采用三角形移动热源和W. B. Rowe的热量分配比例模型对热流密度进行计算。建立了SiCp/Al复合材料微观有限元模型，模拟液氮冷冻过程中颗粒以及基体间的内应力及残余应力。结果表明：冷冻过程中Al合金基体内产生拉应力，相应的增强相内产生压应力;而恢复室温后Al合金基体受残余压应力的作用，SiC颗粒受到残余拉应力的作用。采用热电偶测温法对不同磨削参数下的磨削温度进行测量，分析实验结果得出了切向磨削力以及工件表面的磨削温度均随磨削深度和工件速度的提高而增大。通过不同位置阶梯孔中的热电偶测量出工件深度方向的温度分布以及整个磨削过程中积累的磨削热。运用ANSYS软件模拟出与磨削实验相对应的不同磨削参数下工件的温度场分布情况，并对仿真结果进行了实验验证，对比结果表明有限元仿真值与实验测量值吻合较好。

关键词： SiCp/Al复合材料磨削温度场有限元分析移动热源

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风电叶片断续磨削温度场及对流换热特性研究

风电叶片断续磨削温度场及对流换热特性研究

作者：周润天河北工业大学

学位级别：硕士

近年来,为应对不断加剧的能源危机,我国大力提倡发展可再生资源,尤其重视风能这种清洁可再生资源,风力发电在我国逐渐普及。风电叶片作为风电机组的重要部件之一,其表面质量对风力发电的效率有着重要的影响。在风电叶片的生产、修复过程... 详细信息

近年来,为应对不断加剧的能源危机,我国大力提倡发展可再生资源,尤其重视风能这种清洁可再生资源,风力发电在我国逐渐普及。风电叶片作为风电机组的重要部件之一,其表面质量对风力发电的效率有着重要的影响。在风电叶片的生产、修复过程中,磨削是一道必要的工序,目前磨削过程大多为人工完成,存在着操作环境恶劣、工人劳动强度大、效率低等缺点,此外,由于风电叶片的材料为复合材料,在磨削加工的过程中极易产生磨削烧伤,进而会影响叶片的表面质量,因此降低叶片表面磨削温度、避免风电叶片的磨削烧伤等问题亟待研究。针对风电叶片的磨削烧伤问题,提出使用断续杯型砂轮进行风冷式主动磨削散热,考虑到断续杯型砂轮的结构,以及磨削过程中砂轮磨损和磨削力分布,使用近似解析法建立一种立轴平面磨削的热源模型,并推导出在该热源分布下的周期变化的移动温度场。使用有限元仿真软件ANSYS进行数值模拟,建立风电叶片等复合材料磨削的三维瞬态热传导模型,对磨削温度进行预测。为提高对流换热的强度进而加快风冷式磨削的散热,根据传热学基本理论,研究其散热特性,建立断续杯型砂轮对流换热系数的数学计算模型,并修正在断续杯型砂轮磨削热源下的温度场分布。从热传导和热对流两个方面入手,通过使用断续杯型砂轮进行磨削以减少热量的产生,通过优化强迫对流换热参数,提高对流换热强度以加快热量的排出,最终实现风电叶片磨削温度的降低。搭建磨削风电叶片实验平台,对理论分析进行验证:通过高清红外热成像仪拍摄测量和测温仪配合热电偶定点式测量的方法,获得断续温度场的实际分布以及特殊定点的温度变化曲线,验证断续磨削温度场的解析解和数值解的准确性。深入研究不同磨削参数对于风电叶片这类复合材料的磨削温度影响,对比断续杯型砂轮和普通杯型砂轮在某一特定磨削参数下的最高磨削温度,研究断续磨削对风电叶片磨削降温的实际效果,实验结果表明,断续磨削能有效降低30%左右的最高磨削温度。

关键词：风电叶片断续磨削磨削热源磨削温度场对流换热

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磨削温度场的理论分析和研究

现代机械 2007年第5期 46-48页

作者：邵水军卞平艳李瑜河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 河南科技学院河南新乡453000

本文概要介绍了磨削温度场理论模型研究的历史与现状,探讨了有限元法和计算机仿真技术在磨削温度场理论研究中的作用。

关键词：磨削温度场理论模型有限元法计算机仿真

机械制造工艺中运动热源“导热温度场”问题的模拟解——平面磨削温度场的网络模拟(1)

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浙江大学学报(工学版) 1986年第4期 17-25页

作者：阮鹿令

本文试图用网络模拟法解机械制造过程中运动热源的导热温度场问题。文中推导了数学模型,讨论了模拟机理,并研究了对应于平面磨削时工件温度场的“R—C”网络模型的设计方法,同时揭露了试验结果。限于篇幅,将分篇发表。

关键词：磨削温度场平面磨削热源机械制造工艺机制工艺网络模拟网络仿真

汽车C/E复合材料磨削温度场仿真及实验研究

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贵阳学院学报（自然科学版） 2021年第2期16卷 83-87页

作者：刘国平林可春福建船政交通职业学院福建福州350007

碳纤维复合材料(C/E)具有强度大、比重小、耐疲劳、耐磨损等特点,因此在汽车应用广泛。为研究汽车用碳纤维复合材料的磨削温度特性,本文采用三角形热源模型对碳纤维复合材料的磨削温度特性行了有限元仿真,得到温度分布情况。分析热源模... 详细信息

碳纤维复合材料(C/E)具有强度大、比重小、耐疲劳、耐磨损等特点,因此在汽车应用广泛。为研究汽车用碳纤维复合材料的磨削温度特性,本文采用三角形热源模型对碳纤维复合材料的磨削温度特性行了有限元仿真,得到温度分布情况。分析热源模型、网格模型、磨削用量等对磨削温度场的影响,得出一些重要结论。利用热电偶方法测量了磨削温度,并将仿真结果与实验结果相对比。结果表明,仿真与实验结果基本一致。

关键词：汽车用碳纤维复合材料平面磨削有限元仿真磨削温度场