自阻加热磨削强化机理及工艺实验研究

发布时间：2017-07-31 16:02

  本文关键词：自阻加热磨削强化机理及工艺实验研究

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【摘要】：磨削强化作为一种高度集成的加工工艺,不仅将磨削中的磨削热作为积极因素利用起来,变废为宝,而且省去了热处理工艺及热处理工艺前后的清洗和运输等工艺,缩短了生产线、提高了生产效率、减少了对环境的污染,从而具有重要的研究意义。针对磨削强化中强化层深度较浅以及在干磨条件下强化层常分布为残余拉应力或较小的残余压应力等问题,本文提出了一种基于自阻加热的预加热磨削强化加工工艺,旨在提高强化层的深度,同时改善工件强化层残余应力的分布。本文的主要研究内容包括:(1)根据能量守恒原理,定性地分析预加热温度对强化层深度的影响机理,研究加热温度与加热电流的关系,从理论上阐释了自阻加热磨削强化的可行性;设计自阻加热磨削强化实验平台方案,对实验相关设备进行设计与选型,搭建实验平台,并对加热速度进行研究。(2)设计实验方案,对40Cr工件进行自阻加热磨削强化实验,研究不同预加热温度对磨削力及强化层表面质量(包括表面粗糙度、表面形貌、亚表面金相组织、强化层的深度及硬度、表面残余应力)的影响规律。结果表明:随预加热温度的升高,磨削力有所降低,强化层深度显著增加,强化层硬度有降低趋势,表面残余应力从残余拉应力逐渐变为残余压应力。对比了预加热温度和磨削深度对强化层深度的影响,预加热条件下采用较小磨削深度就能获得较厚的强化层深度,从而可以降低磨削实验对砂轮的磨损以及对机床主轴功率的要求。(3)根据能量守恒和传热学相关理论,对自阻加热磨削强化过程中工件表层的总能量及次表面温度进行计算,对磨削温度场进行有限元仿真。理论计算结果表明:随预加热温度的升高,工件表层总能量增加,工件次表面的温度升高。仿真结果表明:随预加热温度的升高,工件表面及次表面的温度均升高,强化层的温度梯度降低。因此,通过自阻加热补偿工件表层的热量,能提高强化层的深度,并改善工件表面残余应力的分布。
【关键词】：自阻加热 磨削强化 强化层深度 残余应力 温度场
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 磨削强化的研究现状15-19
• 1.2.1 磨削强化机理研究15-16
• 1.2.2 磨削工艺参数对强化层的影响16-18
• 1.2.3 磨削强化层的预测及均匀性研究18-19
• 1.3 自阻加热的研究现状19-20
• 1.4 自阻加热磨削强化的研究意义20-21
• 1.5 课题来源及研究内容21
• 1.6 本章小结21-22
• 第2章 自阻加热磨削强化实验平台的设计与实现22-33
• 2.1 自阻加热磨削强化实验方案设计22-26
• 2.1.1 预加热磨削强化机理研究22-23
• 2.1.2 自阻加热温度的理论分析23-25
• 2.1.3 自阻加热磨削强化实验平台方案设计25-26
• 2.2 自阻加热磨削强化相关设备的设计及选型26-31
• 2.2.1 电源选型26-27
• 2.2.2 电极与导线设计27-28
• 2.2.3 绝缘保温材料选型28-29
• 2.2.4 夹具设计29-30
• 2.2.5 测温方案设计30-31
• 2.3 加热速度测量31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 自阻加热磨削强化实验33-42
• 3.1 实验材料及其性能33
• 3.2 实验设备33-36
• 3.2.1 磨床33-34
• 3.2.2 砂轮34-35
• 3.2.3 磨削力测量系统35-36
• 3.3 磨削工艺实验方案36-38
• 3.4 表面质量的检测38-41
• 3.4.1 表面粗糙度与表面形貌的测量38-39
• 3.4.2 亚表面金相组织的观察39
• 3.4.3 表面微观硬度的测量39
• 3.4.4 表面残余应力的测量39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 自阻加热磨削强化实验结果及其分析42-53
• 4.1 磨削力42-43
• 4.1.1 预加热温度对磨削力的影响42-43
• 4.1.2 磨削深度对磨削力的影响43
• 4.2 表面粗糙度和表面形貌43-46
• 4.2.1 预加热温度对表面粗糙度及表面形貌的影响43-45
• 4.2.2 磨削深度对表面粗糙度及表面形貌的影响45-46
• 4.3 强化层厚度与微观硬度46-50
• 4.3.1 预加热温度对强化层深度及硬度的影响46-48
• 4.3.2 磨削深度对强化层深度及硬度的影响48-50
• 4.4 磨削强化层表面残余应力50-51
• 4.5 预加热温度及磨削深度对强化层的影响比较51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 自阻加热磨削强化的机理研究53-69
• 5.1 自阻加热磨削强化温度场的理论分析53-57
• 5.1.1 自阻加热磨削强化过程中工件表层的能量变化53-55
• 5.1.2 自阻加热磨削强化中工件次表面温度的求解55-57
• 5.2 自阻加热磨削强化温度场的有限元仿真57-64
• 5.2.1 磨削强化过程中传热学理论57-59
• 5.2.2 ANSYS软件的介绍59-60
• 5.2.3 模型的建立与网格划分60-61
• 5.2.4 边界条件及初始条件的确定61-62
• 5.2.5 不同预加热温度及磨削深度下的温度场62-64
• 5.3 预加热温度对强化层的影响分析64-67
• 5.3.1 预加热温度对强化层深度的影响分析64-65
• 5.3.2 预加热温度对表面残余应力的影响分析65-66
• 5.3.3 预加热温度及磨削深度对强化层深度影响的对比分析66-67
• 5.4 本章小结67-69
• 结论与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）76

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本文编号：599938