磨削过程中硬质合金材料热应力的有限元分析

摘要

由于硬质合金材料硬度高、脆性大、导热系数小，通常采用金刚石砂轮对其刃磨。刃磨过程中，砂轮的磨粒极易钝化，剧烈的摩擦使硬质合金工件表面产生瞬时局部高温，形成附加热应力，极易引起热变形和热裂纹，直接影响刀具使用寿命和加工质量。本文通过有限元数值模拟的方法对其磨削过程中的磨削温度场、热应力分布状态及影响规律进行了数值模拟研究，这将对更加深入研究磨削机理、提高硬质合金材料磨削加工质量有重要指导意义。 论文首先介绍了有限元基本理论及瞬态热应力的求解方法，建立了硬质合金材料磨削过程的数学模型。 然后，利用有限元工具ABAQUS对硬质合金材料磨削过程中的磨削温度进行了详细研究，以及分析了不同磨削参数条件下的磨削温度分布状态及影响规律。同时，通过把磨削温度实验数据和分析结果进行对比，验证了模型的正确性。 最后，在磨削温度研究的基础上，对硬质合金材料磨削过程中的热应力进行了详细研究，以及分析了不同磨削参数条件下的磨削热应力分布状态及影响规律。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2硬质合金材料

1.2.1硬质合金材料及特性

1.2.2硬质合金材料在刀具材料中的应用

1.3硬质合金材料的磨削加工

1.3.1硬质合金材料的磨削加工过程

1.3.2磨削裂纹及其产生原因分析

1.3.3磨削裂纹的影响因素

1.4国内外研究现状及意义

1.5数值模拟方法及其在磨削加工中的应用

1.5.1数值模拟技术及ABAQUS有限元软件的介绍

1.5.2磨削加工的数值模拟分析

1.6本文主要研究内容

1.7本章小结

第2章基于有限元理论的磨削过程数值建模

2.1有限单元法基本概念

2.2结构非线性的有限单元法

2.2.1非线性问题

2.2.2非线性问题的有限元解题思路

2.3瞬态温度应力的有限单元法

2.3.1热传导问题的基本方程及瞬态热传导有限元的一般格式

2.3.2热应力的计算

2.4磨削过程数学模型

2.4.1磨削力

2.4.2磨削热和磨削温度

2.5本章小结

第3章硬质合金材料磨削温度场的有限元分析

3.1硬质合金材料磨削温度场的有限元分析

3.1.1硬质合金材料磨削过程中的传热学模型

3.1.2硬质合金材料磨削温度场的有限元模型

3.1.3边界条件、参数的确定

3.1.3载荷的加载

3.1.4网格划分

3.1.5磨削温度场的计算

3.2不同磨削条件下的硬质合金材料磨削温度分布

3.2.1不同磨削深度条件下的磨削温度分布

3.2.2不同工件速度条件下的磨削温度分布

3.3实验的验证

3.3.1实验设备及工件的制作

3.3.2实验结果与分析结果的对比

3.4本章小结

第4章硬质合金材料磨削应力场的有限元分析

4.1硬质合金材料磨削热应力的有限元分析

4.1.1磨削热应力的计算

4.1.2硬质合金材料磨削热应力的有限元模型

4.1.3边界条件、参数的确定

4.1.4载荷的加载

4.1.5网格的划分

4.1.6磨削热应力的有限元分析

4.2不同磨削条件下磨削热应力的有限元分析

4.2.1不同磨削深度条件下的磨削热应力分析

4.2.2不同工件速度条件下的磨削热应力分析

4.3本章小结

第5章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

作者在研究生阶段发表的论文

致谢