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钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金温度的试验研究

金刚石与磨料磨具工程 2010年第6期30卷 65-69页

作者：徐正亚徐鸿钧傅玉灿常熟理工学院机械工程学院常熟215500 南京航空航天大学机电学院南京210016

根据半人工热电偶测温原理制备了磨削测温试样,利用感应钎焊金刚石砂轮和电镀金刚石砂轮进行硬质合金YG6的磨削试验,研究了磨削深度、工件进给速度对工件表面磨削温度的影响。试验结果表明:在相同的磨削参数下感应钎焊金刚石砂轮的磨削... 详细信息

根据半人工热电偶测温原理制备了磨削测温试样,利用感应钎焊金刚石砂轮和电镀金刚石砂轮进行硬质合金YG6的磨削试验,研究了磨削深度、工件进给速度对工件表面磨削温度的影响。试验结果表明:在相同的磨削参数下感应钎焊金刚石砂轮的磨削温度要远低于电镀金刚石砂轮,且随着磨削深度和工件进给速度的增大磨削温度上升较为平缓,钎焊金刚石砂轮磨粒出露高度高、容屑空间大,磨粒呈有序排布是磨削温度较低的主要原因。

关键词：钎焊金刚石砂轮磨削温度硬质合金

高硬度涂层材料磨削温度场的试验研究与模拟仿真

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高硬度涂层材料磨削温度场的试验研究与模拟仿真

作者：李荣洲上海交通大学

学位级别：硕士

WC-Co高硬度涂层材料广泛应用同时也对加工技术带来很大的挑战。该材料以45号钢为基体,利用高速火焰喷涂、等离子喷涂等热喷涂等技术,将WC-Co粉沫喷涂在该基体上从而形成一层强化层。由于热喷涂涂层能提供优异的耐磨性和耐热性,能在不... 详细信息

WC-Co高硬度涂层材料广泛应用同时也对加工技术带来很大的挑战。该材料以45号钢为基体,利用高速火焰喷涂、等离子喷涂等热喷涂等技术,将WC-Co粉沫喷涂在该基体上从而形成一层强化层。由于热喷涂涂层能提供优异的耐磨性和耐热性,能在不影响基体材料性能的情况下,有效提高零件的耐磨性、等性能。经过这种方法处理后的涂层材料,其表面硬度能达到HRC62,但也由此带来了可加工性变差的难题。本文通过使用金刚石砂轮对高硬度涂层材料的精密磨削,从理论分析、试验研究、模拟仿真多个角度来研究高硬度涂层材料的磨削温度场,探讨涂层材料的磨削机理。磨削高硬度涂层材料时,切除单位体积材料时需要非常高的能量输入,并且大部分能量会以热能的形式进入工件,导致磨削区的温度急剧升高。当磨削温度较高时,零件金相组织将发生变化,甚至出现磨削烧伤和磨削裂纹等一系列磨削缺陷。而对于碳化钨钴涂层材料来说,碳化钨本身熔点高,约2800度,物理化学性质也很稳定,但碳化钨钴合金在高温下（约1000度）,其中的钴会逸出。钴作为金属结合剂的作用是改善材料的脆性,大量钴逸出后导致材料变脆,机械力作用下容易产生微观裂纹,裂纹逐渐扩展,使材料寿命降低。另外作为磨削刀具的金刚石砂轮本身硬度很高,其化学性质低温时稳定,但在高温时（约800度）会石墨化,丧失加工能力。因此,研究磨削温度来探索解决磨削热产生的磨削缺陷,并寻求控制磨削工件质量将具有非常重要的现实意义。本文分析了国内外学者对磨削区温度的研究现状,研究了磨削热的产生机理,在此基础上开展了高硬度涂层材料磨削力、磨削温度的试验研究,对试验方法和试验结果进行了较为深入的分析和讨论。探讨了有限元法在热分析中的应用,对磨削区温度场进行了仿真分析,并与磨削试验结果进行了比较,仿真结果能比较好地反映WC-Co涂层材料的磨削温度场分布情况,为涂层材料磨削温度场分析提供了一种新的方法,并进一步为高硬度涂层材料磨削工艺优化提供了理论基础。

关键词：涂层材料 WC-Co 磨削力磨削温度有限元仿真

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凸轮轴高速磨削温度数值模拟与实验研究

凸轮轴高速磨削温度数值模拟与实验研究

作者：刘涛湖南科技大学

学位级别：硕士

作为发动机的重要零件之一,凸轮轴的产量大、使用面广,其加工精度、表面质量、烧伤程度直接决定着发动机的工作质量和效率。凸轮高速磨削过程中往往会伴有大量热量的产生,并以热能的形式进入工件和砂轮,导致磨削弧区局部温度急剧升高,... 详细信息

作为发动机的重要零件之一,凸轮轴的产量大、使用面广,其加工精度、表面质量、烧伤程度直接决定着发动机的工作质量和效率。凸轮高速磨削过程中往往会伴有大量热量的产生,并以热能的形式进入工件和砂轮,导致磨削弧区局部温度急剧升高,极大地影响凸轮的表面完整性及其使用性能,甚至引起凸轮表面的热损伤(包括表面的烧伤、裂纹、残余应力等)。因此,本文以凸轮轴高速磨削热为研究对象,分析了凸轮轴高速磨削加工机理及工艺特点,建立了适用于凸轮高速磨削温度理论计算的热流分布模型,开展了凸轮轴高速磨削温度数值模拟和实验研究,为寻求准确合理地监视和控制磨削热损伤工艺措施、改进凸轮轴磨削工艺、充实磨削工艺数据库提供了科学依据。首先,本文分析了凸轮轴数控磨削加工原理及其工艺特点,探讨磨削过程中凸轮工件与砂轮的几何运动学特性及其对磨削热的影响,进行凸轮轴高速磨削过程磨削热的生成理论解析,推导了适用于凸轮轴磨削温度理论计算的可变热流分布模型,提出了一种凸轮轴高速磨削弧区热量分配比的计算方法。其次,本文阐述了磨削加工热分析过程的理论基础和热分析有限元法的基本理论,在ANSYS有限元软件中对凸轮轴进行了APDL参数化建模,提出了一种非圆曲面磨削热源加载方法,并基于可变热流分布模型对凸轮高速磨削温度进行了有限元仿真。最后,本文搭建了基于红外热像仪的凸轮轴高速磨削温度测量装置,开展了凸轮轴高速磨削实验,探讨分析了不同磨削工艺参数对磨削温度的影响机制,对比分析了仿真结果与实验结果,结果比较吻合,验证了理论模型与仿真的正确性,并提出了基于工件表面温控目标的凸轮轴磨削工艺优化策略。

关键词：凸轮轴磨削温度可变热流分布模型有限元仿真红外热像仪

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机器人打磨风电叶片磨削温度变化规律研究

机器人打磨风电叶片磨削温度变化规律研究

作者：王小军河北工业大学

学位级别：硕士

风电叶片是风力发电机组的重要构件之一,在生产以及后期维护过程中需要进行打磨处理。目前,风电叶片表面主要通过人工进行打磨,人工打磨存在诸多缺点,不仅难以保证表面打磨质量的一致性,而且打磨粉尘严重影响工人健康。随着科学技术的发... 详细信息

风电叶片是风力发电机组的重要构件之一,在生产以及后期维护过程中需要进行打磨处理。目前,风电叶片表面主要通过人工进行打磨,人工打磨存在诸多缺点,不仅难以保证表面打磨质量的一致性,而且打磨粉尘严重影响工人健康。随着科学技术的发展,机器人自动化打磨风电叶片已成为一种发展趋势。风电叶片属于大型曲面构件,主要由玻璃钢等复合材料构成,玻璃钢复合材料磨削加工中承受的温度较低,较高的磨削温度容易引起表面材料软化或烧伤,进而影响打磨质量和打磨效率。针对以上问题,本论文旨在对机器人打磨风电叶片磨削温度变化规律展开研究。曲面磨削接触区法向磨削力分布对任意磨削点的热流密度具有直接影响,因此,针对机器人打磨大型曲面磨削力进行具体分析。曲面磨削接触区磨削深度呈非均匀分布,且与法向磨削力和磨削工艺参数相关。本论文对风电叶片自由曲面进行简化,根据简化曲面磨削接触区磨削深度变化,假设法向磨削力分布函数。通过分析杯形砂轮磨削曲面材料去除机理,对磨削深度进行积分获得最大磨削深度,进而确定法向磨削力分布表达式。将磨削接触区任意磨削点法向磨削力积分获得总法向磨削力,并采用MATLAB求解不同磨削工艺参数下的法向磨削力分布情况和总法向磨削力。根据机器人周向打磨和轴向打磨法向磨削力分布,建立杯形砂轮打磨曲面热源模型。此外,重点分析了任意磨削点磨削深度对磨屑热流密度的影响,并根据传统磨削热量分配比例模型,建立杯形砂轮曲面磨削热流密度分配关系。通过MATLAB求解热源模型热流密度分布情况,并采用有限元法对相应的磨削温度场进行仿真,获得不同磨削工艺参数下的温度场分布。通过风电叶片打磨平台对磨削力模型以及温度场仿真结果进行验证。结果表明,磨削力模型数值计算结果与实验结果吻合度较好且相对误差小于8.5%;仿真与实验的磨削温度分布基本一致,最高磨削温度相对误差小于6%;周向打磨最高磨削温度值出现在杯形砂轮切出一侧,轴向打磨最高磨削温度出现在中间位置,且最高磨削温度分别随砂轮转速、进给速度和最大磨削深度增大而上升,进给速度对磨削温度影响最大。研究结果揭示了曲面磨削参数与磨削温度之间的变化规律,为机器人打磨风电叶片磨削温度预测提供参考和依据。

关键词：打磨机器人磨削力热源模型磨削温度风电叶片

基于超声振动辅助平面磨削的磨削力与磨削温度的试验研究

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基于超声振动辅助平面磨削的磨削力与磨削温度的试验研究

作者：谢建华上海理工大学

学位级别：硕士

超声振动辅助磨削(UAG)是一种结合了超声振动加工及普通磨削材料去除机理的复合加工工艺,广泛应用于硬脆材料、高温合金、硬质合金等难加工材料的磨削加工中,在减小磨削力、降低磨粒磨损提高砂轮寿命及提高工件加工表面质量具有显著优... 详细信息

超声振动辅助磨削(UAG)是一种结合了超声振动加工及普通磨削材料去除机理的复合加工工艺,广泛应用于硬脆材料、高温合金、硬质合金等难加工材料的磨削加工中,在减小磨削力、降低磨粒磨损提高砂轮寿命及提高工件加工表面质量具有显著优势。近年来,很多学者对超声振动辅助磨削工艺进行了研究,并得出了一些结论和规律。然而,超声振动辅助磨削机理较复杂,并且由于超声振动的存在,改变了普通磨削中砂轮与工件的相对运动关系,分析起来变得更加困难,本文主要对磨削力及接触区磨削温度进行研究,对切向振动磨削加工过程进行分析。本文主要的研究工作有:(1)基于ANSYS Workbench的模态分析及谐响应分析对应用于超声振动磨削试验的工作台进行了仿真研究,结合振幅的解析计算结果,验证了振幅计算值的可靠性。最后通过连接智能数控超声波发声器的频率扫描测试试验证明了工作台设计的合理性。(2)考虑了磨粒的随机性分布,结合磨粒切屑厚度的瑞利分布理论,对超声振动磨削过程中磨削区单颗磨粒运动轨迹弧长的理论进行分析,基于材料去除率的的分析结果建立了切向振动磨削加工磨削力的函数模型。最后通过切向振动磨削试验分析并验证了数学模型的可靠性。(3)分析研究了切屑厚度及磨粒随机性分布的统计学规律接触区热流密度分布的作用,提出了新的热源分布模型,采用基于有限元数值计算对新的热源模型的典型磨削工况进行仿真研究,深入地分析了磨削液及热源模型对接触区磨削温度分布的影响规律。最后将仿真结果与实测磨削温度值进行对比,验证了热源模型的可靠性。(4)磨粒出现不同程度的磨损会影响磨粒的切削性能,反映在切削过程中即为滑擦、耕犁作用的时间不同,考虑了滑擦、耕犁作用对流入工件的热流密度分布的影响,建立了矩圆弧热源模型,从磨削温度场的角度系统地分析了磨粒切削性能与热源模型的关系,最后建立了基于热源模型的磨粒切削性能的数值预测。(5)从磨削工件已加工表面创成机制的角度分析了磨削加工工件表面粗糙度及表面残余应力的影响因素,最后通过磨削试验分析了磨削参数对表面粗糙度的影响规律,并分析了切向超声振动磨削提高工件表面质量方面的原因。(6)最后,总结了本文所取得的创新性研究成果及本文在考虑问题方面的不足,并对今后超声振动辅助磨削加工工艺的研究工作进行展望。

关键词：磨削力磨削温度有限元仿真模态分析热源模型切削性能

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大平面砂轮磨削温度的理论分析及数值仿真

大平面砂轮磨削温度的理论分析及数值仿真

作者：彭远志重庆大学

学位级别：硕士

大平面砂轮磨削主要用于标准齿轮和齿轮刀具的精加工，它的加工精度反映了一个国家超精密齿轮的加工技术能力。与国外的齿轮制造技术相比，国内的齿轮工业整体制造精度相差1～2个等级。由于磨削温度会对加工精度造成极大影响，因此本文... 详细信息

大平面砂轮磨削主要用于标准齿轮和齿轮刀具的精加工，它的加工精度反映了一个国家超精密齿轮的加工技术能力。与国外的齿轮制造技术相比，国内的齿轮工业整体制造精度相差1～2个等级。由于磨削温度会对加工精度造成极大影响，因此本文针对大平面砂轮磨齿的磨削温度展开研究工作。磨削加工和其他材料去除工艺相比能极大地提高工件加工的精度，但磨削需要很高的能量输入才能有效切除工件材料。由于磨削过程中的磨削热效应对工件的使用性能和表面质量影响非常大，同时也会影响到砂轮的使用寿命，因此磨削区温度的研究就变得非常重要。虽然针对平面磨削温度的研究已经有了比较丰富的成果，但对于大平面砂轮磨削齿轮的齿面磨削温度尚未展开研究。因此，本文针对大平面砂轮磨削齿轮的加工方式，从数学解析模型和ANSYS仿真两方面对磨削温度进行研究，并利用神经网络对其进行预测，达到合理选择磨削工艺参数的目的。本文的主要研究内容有：（1）介绍了磨削温度的基础理论;推导出基于移动热源法与映像法相结合的大平面砂轮磨齿温度数学模型;分析了磨削工艺参数对温度场的影响。（2）介绍了有限元法在热效应中分析应用的理论基础;利用有限元软件ANSYS对大平面砂轮磨削齿轮进行几何建模、网格划分、边界条件定义;使用APDL参数化设计语言对齿轮齿面进行热源加载，模拟大平面砂轮的磨削过程，获得不同时刻齿轮齿面的磨削温度分布。（3）由于人工神经网络具有非线性逼近特性，因此本文建立了基于Levenberg–Marquardt算法的改进型BP神经网络;利用正交的解析模型计算结果作为神经网络的训练样本对神经网络进行训练，从而实现快速预测大平面砂轮磨削齿轮的磨削温度，用以指导实际生产加工中磨削工艺参数的选择。最后，本文对所做的工作进行总结，指出了文中存在的不足并对今后的研究进行了展望。

关键词：大平面砂轮磨削温度有限元法神经网络

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窄深槽顶刃区磨削温度分布理论及试验研究

窄深槽顶刃区磨削温度分布理论及试验研究

作者：郝新辉太原理工大学

学位级别：硕士

电镀CBN砂轮深切缓进给磨削可以有效提高窄深槽加工的效率,但在磨削过程中,由于窄深槽大深宽比的特殊结构,传统的磨削液冷却润滑手段难以实现有效的冷却换热,容易导致磨削区域温度过高,影响砂轮的磨削性能,并且还会使加工表面出现热损... 详细信息

电镀CBN砂轮深切缓进给磨削可以有效提高窄深槽加工的效率,但在磨削过程中,由于窄深槽大深宽比的特殊结构,传统的磨削液冷却润滑手段难以实现有效的冷却换热,容易导致磨削区域温度过高,影响砂轮的磨削性能,并且还会使加工表面出现热损伤及热变形,继而影响工件的表面质量,而零件的表面质量直接影响着其使用性能和使用。因而研究不同工艺参数下,窄深槽顶刃区不同位置磨削温度的变化规律,对有效预测磨削区域温度,避免工件突发烧伤具有实际意义,同时可为磨削过程中的冷却换热理论研究提供技术依据。本文主要研究内容和结论如下:1.对窄深槽磨削过程中顶刃区和侧刃区磨削机理进行了分析,总结了磨削温度的产生及传递机理,并基于经典的热源模型对窄深槽磨削过程中的热流密度分布进行了探讨。2.研制了针对窄深槽成型磨削专用电镀CBN砂轮。根据砂轮基体及电镀要求,设计合理的置砂方法并制造专用夹具,完成了单层电镀CBN砂轮的制造。对磨削前后砂轮表面形貌进行观测分析,结果表明所制备的CBN砂轮具有良好的切削性能,能满足窄深槽磨削实验要求。3.利用CBN砂轮对45#钢进行了窄深槽缓进给磨削试验,对磨削力及磨削温度进行分析。结果表明:磨削力和磨削温度具有很好的一致性,在砂轮初始切入阶段,与工件接触弧长逐渐变长,金属去除率增大,材料塑性变形功增加,使得磨削力和磨削温度迅速上升。当砂轮切入工件后,接触弧长趋于稳定,进入稳定磨削阶段,此时磨削区材料在多次塑性变形后形成隆起被去除,导致磨削力和磨削温度出现波动。随着砂轮开始切出工件,磨削接触弧长逐渐变短,参与磨削的有效磨粒数减少,磨削力和磨削温度迅速下降。随着砂轮线速度的增加,工件进给速度和磨削切深的减小,磨削力和磨削温度均减小;在磨削过程中工件进给速度对磨削温度起主要作用,磨削切深影响次之,砂轮线速度的影响最小。4.通过对加工后槽侧面形貌分析,发现排列一致的沟痕及隆起,且随磨削速度的增大,磨削沟痕变浅变宽,工件表面粗糙度值减小,表面质量得到改善;随着进给速度的减小,磨削沟痕变浅,脆性去除特征变少,工件表面粗糙度值减小,表面形貌变好;随着切深的减小,磨削沟痕更为均匀,沟痕深度降低且材料剥离损伤特征消失,工件表面粗糙度值减小,表面形貌明显改善。

关键词：窄深槽单层电镀CBN砂轮缓进给磨削热流密度磨削温度

纳米流体微量润滑磨削温度及对流换热机理分析与实验研究

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纳米流体微量润滑磨削温度及对流换热机理分析与实验研究

作者：李本凯青岛理工大学

学位级别：硕士

本论文针对纳米流体微量润滑磨削针对植物油的系列研究还比较少;另外现有的研究大都集中在对纳米流体参数(如纳米粒子种类、纳米流体浓度、基液种类),射流参数(如喷嘴距离、喷嘴角度、空气压力),磨削用量(如进给速度、磨削深度、砂轮圆... 详细信息

本论文针对纳米流体微量润滑磨削针对植物油的系列研究还比较少;另外现有的研究大都集中在对纳米流体参数(如纳米粒子种类、纳米流体浓度、基液种类),射流参数(如喷嘴距离、喷嘴角度、空气压力),磨削用量(如进给速度、磨削深度、砂轮圆周速度、工件种类)等方面对磨削力、磨削温度和工件质量等进行分析讨论,而没有从纳米流体物理特性(如粘度、表面张力等方面)对实验现象做出相对合理的解释,从而揭示微量润滑冷却的科学本质的现象,对植物油基纳米流体展开了渐进式的系统研究,讨论分析了纳米流体微量润滑冷却磨削的冷却换热机理。本文的主要研究内容如下:(1)以磨削机理为基础,分析了磨削过程中主要的磨削参数,如磨削力、磨削温度、传入工件的能量比例系数等,结合纳米流体微量润滑磨削建立了基于有限差分方法的数值分析仿真模型,对磨削温度进行数值分析。(2)研究了不同种类植物油微量润滑磨削的换热性能,将不同种类的植物油,包括蓖麻油、棕榈油、大豆油、玉米油、花生油、葵花油和菜籽油,作为基油微量润滑磨削高温镍基合金,就磨削温度和能量比例系数从植物油的自身特性(粘度、脂肪酸种类和分子结构)进行分析讨论,选出了换热效果较优的植物油。(3)研究了不同种类纳米流体的换热机理,以冷却换热效果较好的植物油为基础油,以氧化铝、金刚石、二硫化钼、碳纳米管、氧化锆和二氧化硅纳米粒子制备纳米流体进行微量润滑磨削高温镍基合金的实验,分析了不同纳米流体物理特性(导热系数、粘度、接触角)对换热机理的影响,选择出了换热性能较好的纳米粒子。(4)研究了不同浓度纳米流体微量润滑冷却磨削的冷却换热机理,将选择出的植物油和纳米粒子制备成不同体积浓度的纳米流体,分析讨论了纳米流体物理特性(导热系数、粘度、接触角)对磨削力、磨削温度和传入工件的能量比例系数的影响,得到了效果优异的纳米流体浓度。(5)研究了不同浓度纳米流体磨削不同工件材料的换热性能,通过选择出的冷却润滑效果较好的纳米流体,结合数值仿真分析了三种典型工件材料(45钢、镍基合金和球墨铸铁)属性对磨削力和磨削温度的作用,并讨论了纳米流体在磨削区的状态与换热机理。

关键词：磨削微量润滑纳米流体磨削温度能量比例系数冷却润滑机理

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磨削温度的试验研究

磨床与磨削 1976年第4期 65-75页

前言高速磨削可以显著地提高磨削效率,延长砂轮寿命,改善加工表面光洁度。但是,随着砂轮速度的提高,可能会引起磨削温度的升高,导致工件加工表面出现烧伤和裂纹,影响其表面质量和使用性能,这是发展和推广应用高速磨削工艺中需要进一步... 详细信息

前言高速磨削可以显著地提高磨削效率,延长砂轮寿命,改善加工表面光洁度。但是,随着砂轮速度的提高,可能会引起磨削温度的升高,导致工件加工表面出现烧伤和裂纹,影响其表面质量和使用性能,这是发展和推广应用高速磨削工艺中需要进一步探讨的一个问题。

关键词：磨削温度工件材料轴承钢外圆切入磨削高速砂轮半人工热电偶试验研究