实现零件磨削淬硬的热源优化及淬硬层预测

发布时间：2024-06-13 23:00

　　磨削淬硬是利用磨削加工过程中产生的热、机械复合作用直接对钢质零件进行表面硬化的加工新技术。由于零件淬硬层深度对零件性能具有显著影响,因此对零件淬硬层深度进行预测具有工程实际意义。根据热源强度变化特点,将零件沿长度方向划分为切入区、中间区以及切出区并对热源强度模型进行优化。基于有限元方法,对磨削过程中的各区域温度场分布及瞬时温度变化进行仿真分析,并对零件的切入区、中间区及切出区的淬硬层深度进行预测。结果表明,由于加工过程中热源强度的变化,磨削加工后的零件两端均有未淬硬部分,中间区淬硬层深度最大且均匀。最后将零件淬硬层深度预测与实验结果进行对比,验证了热源优化模型的合理性和预测方法的有效性。

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【部分图文】：

图1三角形热源模型离散过程

三角形热源模型的构建是根据有限元的离散性思想，因此热源的加载也需要将其离散化。将接触弧长le等分成n份，初始值是0，热源每向前移动一个等分增量，三角形热源的前端值就增加2qw/n，其尾端值始终为零，如图1所示。(2）分段式三角形热源建模

图2工件表面区域划分及对流换热加载示意图

由式（1）可知，磨削过程中磨削力Ft是影响热流强度大小的条件，并根据磨削机理可知，在工件切入端由于参与加工的有效磨粒数逐渐增多，因此磨削力也会增大。当砂轮与工件的接触长度达到一个接触弧长时，参与加工的有效磨削数趋于稳定，故导致磨削力稳定。在切出区时，由于参与加工的有效磨粒数逐渐减....

图3ap=400μm时工件表面某一节点温度变化曲线

对磨削淬硬过程中，试件表面温度场瞬时变化情况进行仿真，仿真结果，如图3所示。由图3可知，磨削热源在达到某一节点时，产生了大量的磨削热，使得温度迅速升高，进而导致工件表面温度高于820℃（45钢Ac3的相变临界值），且最高温度到达1240℃。当热源离开此节点后，在工件自身的导热性及....

图4ap=400μm时工件不同深度处节点的温度变化历程

当45钢加热温度在Ac3=820℃以上时，基体组织开始转变为奥氏体组织，随着温度迅速下降，当下降至马氏体相变温度以下时，奥氏体转变为马氏体。因此，可以将加热温度位于Ac3温度以上的区域近似看做磨削淬硬区域，进而对淬硬层深度进行预测。磨削过程中工件表面温度远远高于奥氏体相变温度，如....

本文编号：3993780