9SiCr超高速磨削试验研究与磨削温度仿真

摘要

9SiCr合金钢韧性较好，具有较好的回火稳定性、热处理时变形小，经淬火后硬度能达到HRC60，它这一系列优良的机械物理性能预示了它在以后的工业生产中将继续得到大量的应用。在机床行业中，经过淬火的9SiCr合金钢因为拥有较高的硬度和较好的耐磨性，所以9SiCr合金钢在机床制造行业中经常作为耐磨件的加工原始材料。在传统的加工方法中，磨削加工的加工效率很低，所以一般只对9SiCr进行精加工。
　　超高速磨削加工技术作为一种先进的现代加工技术，以超乎一般想象的极高磨削效率，极大的砂轮磨削比，良好的工件表面完整性，给传统的磨削领域带来了一场革命，展现了现代磨削技术发展的巨大潜力和广阔应用前景。将超高速磨削加工技术应用到9SiCr合金钢磨削加工中不仅扩大了超高速磨削加工技术的应用范围，也在探寻9SiCr合金钢材料超高速磨削加工技术的应用潜力等方面具有重要意义。
　　本文采用湖南大学314m/s超高速磨削试验台对9SiCr合金钢实验材料进行了超高速磨削试验。采用正交法制定了实验方案，根据所检测的结果来研究在超高速磨削下材料的去除机理、磨削力的变化趋势和影响因素、磨削面的形貌变化及特点，从而探讨了各磨削用量分别对磨削加工过程和试件加工质量的影响，并据此来优化加工方法，给以后的磨削加工提供更有效的建议。并采用有限元分析软件ANSYS对高效深磨下的磨削温度场进行了仿真，对磨削温度的测量结果进行了验证。
　　通过研究发现，在超高速磨削下，相比于传统的磨削加工技术，材料的去除率得到了极大的提升。磨削力的变化趋势与最大未变形切削厚度之间有很好的关系。当最大未变形切削厚度较小时，垂直力和切向力的比值会变大。当磨削深度加大时，由于材料内部的机械物理性能不一样会导致磨削力陡降的现象，但是磨削力比并没有阶跃现象，即磨削力比与材料在深度方向的硬度变化并不敏感。研究还发现，在不同的材料去除率下，加大切深和提高工作台速度所消耗的加工功率并不相同，依此可以作为优化加工工艺的一个考虑因素。通过采用3D显微镜对磨削表面进行拍照研究发现砂轮修整的质量对于磨削表面的影响很明显；对不同工作台速度和磨削深度下磨削表面测得的表面粗糙度进行分析发现材料特性在不同磨削用量下对表面质量影响不同。本文还通过采用热电偶对磨削过程进行了测温；测温结果表明，提高砂轮转速、工作台速度和磨削深度都会引起磨削温度的升高。
　　本文通过有限元法，借助ANSYS有限元软件，结合对磨削温度场传热机制的研究，对磨削传热过程进行了仿真。仿真结果发现提高工作台速度对磨削温度场的影响较大；当加深磨削深度时，磨削温度场的形状变化也不大；当提高砂轮转速时，磨削区的最高温度有较大的提高，但是磨削温度场的分布状况和磨削最高温度比值并没有什么变化。借助仿真结果对测温实验结果数据进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 论文研究与选题背景

1.2 超高速磨削试验与有限元仿真的内容及目的

1.39SICR超高速磨削试验研究的意义

1.4 本课题进行的主要工作

第2章 试验研究内容及结果分析

2.1 试验材料和磨削机理分析

2.2 超高速磨削试验计划

2.39SiCr超高速磨削工艺试验方案

2.3.1 试件材料准备

2.3.2 实验装备及检测仪器

2.4 实验结果及处理

2.4.1 对磨削力的研究

2.4.2 表面粗糙度和表面形貌

2.4.3 磨削温度

2.4.4 比磨削能

2.5 本章小结

第3章 基于有限元的高效深磨温度场仿真

3.1 有限元分析方法及其原理

3.2 有限元磨削温度仿真的基本理论

3.2.1 磨削区输入的能量

3.2.2 磨削热的分配

3.2.3 磨削区热源分布

3.2.4 时间步长的确定

3.2.5 边界条件的设定

3.3 有限元模型的建立

3.3.1 仿真模型中各参数的设定

3.3.2 确定单元类型并划分网格

3.4 磨削温度的仿真结果分析

3.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致 谢