42CrMo钢磨削淬火及仿真研究

摘要

磨削淬火实现了在磨削过程中的表面淬火，是一种绿色环保的加工方法.磨削淬火效果受诸多因素影响，寻求其磨削淬火的规律和提高磨削淬火性能的途径对该方法在工程上的应用具有非常重要的理论研究和实际应用价值.
　　以工业上广泛应用的42CrMo钢为实验材料，在MM7132平面磨床上进行磨削实验.从磨削深度、磨削速度、砂轮粒度、冷却方式等方面研究磨削淬火的规律.采用SSX-50型扫描电镜、XJG-04型光学显微镜和F20型透射电子显微镜观察磨削试样的组织;用HVS-10显微硬度计测试试样的硬度，在ML-100型磨粒磨损试验机和M-200型粘着磨损试验机上测试试样的耐磨性;利用TR110袖珍便携式表面粗糙度测试仪测试磨削淬火后试样的表面粗糙度.用ANSYS软件模拟了磨削淬火试样的温度场和不同淬火方式典型零件的应变场.
　　(1)试样磨削后，由磨削表面向试样心部可以分为完全淬硬区、过渡区和基体三个区，完全淬硬区的组织是由板条马氏体和针状马氏体组成的混合型马氏体组织，过渡区的组织由马氏体和其它原始基体组织组成，越靠近心部马氏体含量越少.
　　(2)随着磨削深度的增加，完全淬硬区的马氏体组织从磨削表面向深度方向呈现“细—粗—细”的变化规律，试样表面的显微硬度和淬硬层厚度增加;随着磨削速度的增加，试样的组织变细，表面的显微硬度和淬硬层厚度都在增加;在磨削总量相同的情况下，多次往复磨削可以细化磨削组织，提高表面的显微硬度和淬硬层厚度;调质态、退火态和正火态的试样经磨削后都获得了板条状的马氏体组织，淬硬层的显微硬度差别不大，而淬硬层厚度略有变化，按正火态、调质态、退火态的顺序依次减小;增加砂轮粒度可以细化磨削组织，提高表面的显微硬度和淬硬层厚度;试样高径比对磨削有一定影响，当高径比小时，干磨得到的马氏体比湿磨时细小，当高径比增加到一定程度时，干磨不能完全使试样表面淬火，而高径比对湿磨的影响不大.
　　(3)与水冷磨削淬火相比，液氮磨削淬火可以使马氏体组织更细小，淬硬层厚度增大、硬度和耐磨性提高;液氮磨削淬火后进行深冷处理，组织更加细化，耐磨性得到了进一步的提高.
　　(4)仿真结果表明，在磨削加工的表面不同位置相同深度处的温度最高值不同，在磨削参数不变的情况下，随着磨削的进行，试样达到奥氏体化温度的区域增加，淬硬层增加，这与磨削试验获得的规律一致;与淬火前的应变相比，经中频淬火、高频淬火和磨削淬火后，齿条应变分别降低了27.3％、22.3％和43.5％;齿轮应变分别降低了31.3％、26.5％和46.6％;活塞应变分别降低了27.3％、22.2％和43.4％.磨削淬火试样的变形量最小，在一定精度要求下，零件的加工工序可以得到简化.

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 磨削淬火技术的研究背景

1．2 磨削淬火技术的优点

1．3 磨削淬火技术的研究现状

1．3．1 磨削淬火的国外研究现状

1．3．2 磨削淬火的国内研究现状

1．4 磨削淬火技术存在的主要问题

1．5 研究内容及意义

2 磨削淬火的温度场仿真

2．1 磨削淬火温度场的数学模型

2．2 磨削淬火温度场有限元仿真

2．2．1 边界条件的确定

2．2．2 试件模型与网格划分

2．2．3 热源模型的加载

2．2．4 磨削温度场仿真结果

3 磨削过程中磨削力的计算

3．1 概述

3．2 磨削机理

3．3 磨削力模型分析

3．3．1 切向磨削力分析

3．3．2 法向磨削力分析

本章小结

4 磨削淬火的实验过程与方法

4．1 42CrMo钢的性能

4．1．1 42CrMo钢的成份与用途

4．1．2 42CrMo钢的主要性能

4．1．3 42CrMo钢的热处理工艺

4．2 磨床、磨具、磨料的选择

4．2．1 磨削淬火实验用磨床的选择

4．2．2 磨具、磨料的选择

4．3 磨削淬火前的准备工作

4．4 磨削淬火的实验方案

4．4．1 试样尺寸的确定

4．4．2 磨削工艺参数的选取

4．5 磨削淬火后试样的测试

4．5．1 试样的制备与金相组织观察

4．5．2 试样的显微硬度测试

4．5．3 磨削淬火后试样的淬硬层厚度测试

4．5．4 试样的表面粗糙度检测方法

4．5．5 淬硬层组织的透射电镜检测

5 磨削淬火实验结果及分析

5．1 磨削深度对磨削淬硬效果的影响

5．1．1 磨削深度对淬硬层组织的影响

5．1．2 磨削深度对淬硬层硬度的影响

5．1．3 磨削深度对淬硬层厚度的影响

5．2 磨削速度对磨削淬硬效果的影响

5．2．1 磨削速度对淬硬层组织的影响

5．2．2 磨削速度对淬硬层硬度的影响

5．2．3 磨削速度对淬硬层厚度的影响

5．3 磨削方式对磨削淬硬效果的影响

5．3．1 单程与往复磨削淬火组织

5．3．2 磨削方式对淬硬层显微硬度的影响

5．4 原始组织对磨削淬硬效果的影响

5．4．1 原始组织对42CrMo磨削淬硬层组织的影响

5．4．2 原始组织对42CrMo钢磨削淬硬层深度和硬度的影响

5．5 砂轮粒度对磨削淬火后试样组织及性能的影响

5．5．1 砂轮粒度对42CrMo钢磨削淬硬层组织的影响

5．5．2 砂轮粒度对42CrMo钢磨削淬硬层硬度和淬硬层深度的影响

5．6 冷却方式、试样高径比对磨削淬硬效果的影响

5．6．1 冷却方式及试样高径比对42CrMo钢淬硬层组织的影响

5．6．2 冷却方式及试样高径比对试样淬硬层硬度及厚度的影响

5．7 42CrMo钢的磨损实验研究

5．8 磨削淬火后试样的表面粗糙度分析

本章小结

6 液氮冷却的磨削淬火实验研究

6．1 概述

6．2 液氮冷却磨削淬火实验过程与方法

6．3 液氮冷却磨削淬火结果分析

6．3．1 液氮冷却对淬硬层组织的影响

6．3．2 液氮冷却对淬硬层硬度的影响

6．4 液氮冷却磨削淬火对42CrMo钢耐磨性的影响

本章小结

7 典型零件的有限元仿真

7．1 传动齿条不同淬火方式的有限元仿真

7．2 齿轮不同淬火方式的有限元仿真

7．3 活塞不同淬火方式的有限元仿真

本章小结

结论

参考文献

作者简历

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