高效深切磨削温度的研究.pdf

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1、精密制造与自动化2010年第3期。<。<}o<。◇。·∈>。◇。兮oe。◇。《试验与研究《高效深切磨削温度的研究术郭力李波湖南大学/国家高效磨削工程技术研究中心(410082)湖南大学电气与信息工程学院(410082)摘要指出了高效深切磨削技术的最新发展。并对高效深磨中的磨削温度的计算模型,计算方法,测量技术做了研究。对高效深磨中磨削温度的最新研究成果给予了描叙。最后对今后的研究给予了展望。关键词高效深磨磨削温度热模型有限元试验以砂轮高速度、工件高进给速度和大切深对磨削温度进行深入的研究。(0.1~30mm)为标志的高效深切磨削(HighEficiencyDeepGrind

2、ing,HEDG)技术J正在国际1圆弧热源的热传递模型上迅猛发展,它既可以获得与普通磨削相近的表面高效深磨中,磨削面热源的作用可看作是半径粗糙度,又可获得极大的材料磨除率。该技术在机为的圆弧上的无数条移动线热源作用的总和,如械汽车工业、国防工业、航空航天工业、光学和光图1所示。电子工业、生物工程工业、新材料加工等领域能满z足提高生产率和加工精度的需要,该项技术具有巨大的经济效益和社会效益,因而,欧洲、美国、日本等工业发达国家都投入巨资从事高效深磨技术的Z,研究、开发与应用。高效深磨工艺可将毛坯直接加工出成品,集粗、精加工于一身,同普通车削、铣参削加工相比,加工工时缩短可达9

3、0%;同普通磨削相比,工时可缩短达98%。高效深磨技术被誉为现图1圆弧热源代磨削技术发展的高峰。国内也对高效深磨技术高度重视。国家高效磨线热源位于以速度移动的坐标系Z中。削工程中心(湖南大学)加大了对高效深磨技术的角的变化范围从0到2。工件内任意点M(,研究力度,例如研制了一台高速高效平面磨削试验Z,),受弧长为的整个面热源作用,在时间f后的台:砂轮最大线速为314m/s:进给速度为30m/min:温升可表达为I4J:试验台刚性好,试验中切深可达10mlTl。使用了=CBN砂轮、水基高压磨削液、总体冷却系统等。东去q.e~.L2aJ(1)北大学l2JIH]也在进行高效深磨的

4、研究。然而,高效深磨磨削深度大,磨削区能量随积式(1)中,=√(一)4-(z一z)t=VCOS,=Vsin_L聚严重,这将导致磨削区的温度升高;从而使被磨=,零件表层金相组织发生变化,甚至出现磨削烧伤和为导热率,为热扩散率。“磨削裂纹。为了控制和防止磨削高温和烧伤,必须对于稳态问题,函数Kt[u]变为零阶第二类修正Bessel函数。基金项目:国家科技重大专项课题资助而热流密度q为:(编号:2009ZX04014-045)9精密制造与自动化2010年第3期统,即g=(+1)lIiJ(2)一q-i式(2)中,n=O为均布热流;n=l为三角形热流。Qwlj)而为作用在圆弧AFB上

5、的平均热流密度。式(8)中,为砂轮磨粒的导热系数,ro为磨粒有效磨损平面半径,v。为砂轮线速度。由式(8)可得:4>x:,z:,Peclet数:,方4a4a4程(1)可变为无量纲形式,而相应的无量纲温度为:亡J㈩因此,磨削区的最大温度:f、2二【正“⋯:!二业(10)方程(1)的稳态解,可运用mathcad软件,在+微机上用数值积分的方法求解方程式(1),从而得到工件中温升的数值。3高效深磨温度计算的有限元法2接触面温度的估计高效深磨温度的求解一般有基于圆弧移动热源由文献[7]知磨削区中,总的热流密度为:理论的近似解析法和基于离散数学的数值解法。文献[14]给出了高效深磨的

6、三种解析热模型。其中的=Qv++Qh+(4)圆弧热源模型,已被大多数研究者所采用,该模型PFt。与实际磨削状况比较吻合【2J。qt丌言f尽管解析法所得的解能够比较清楚地表示出各式(4)中,Qw=‘,Q=‘Tm,Qf=hfTma,种因素对热传导过程或温度分布的影响,但情况稍Q。h=h。h·,hw、h、hf、hch分别为工件、砂轮、微复杂,解析解法就很难或不可能求解了,除非对磨削液和磨屑的热传导或热对流系数。其中最难确原有问题进行简化。如简化零部件形状,简化导热定的是hft引。在基于与试验结果相吻合,在接近沸体表面传热状态等等,这在一定程度上影响了求解腾时,水基磨削液的热传导系

7、数hf=290000w/mK;的准确性。而在沸腾时,hf=0。hf也可由下式近似的估算[9]:数值解法以离散数学为基础,以计算机为工具,■其理论基础虽不如解析解法那样严密,但对实际问hf=0.94f、V/£(5)c题有很大的适应性。不需要像近似解析解法那样要决定h的三个主要因素是砂轮线速度、砂轮与做出许多假设。因而一般稍微复杂的高效深磨温度工件接触区的磨削液膜厚、磨削液的类型,在高效计算,都是通过数值解法求解[101。主要的数值解深磨中,h的正确确定是非常重要的,hf的确定可法为有限元法。参考文献[81。运用流体力

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