浅切磨削传热模型及能量分配比率.pdf

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1、精密制造与自动化2012年第4期浅切磨削传热模型及能量分配比率王胜李长河(青岛理工大学山东青岛266033)摘要热损伤是磨削过程中的主要限制因素之一，针对影响磨削温度的因素，分析并计算了浅切磨削温度的能量分配，并据此对浅切磨削的能量分配比率进行分析。建立了二维传热模型、磨削区的最高温升模型、工件表面的热流量模型以及能量分配比率模型，分析了产生热损伤的最高临界温度及其影响因素，为估计砂轮磨削过程中的能量分配和磨削区温度提供了计算方法。关键词磨削区温度建模仿真在磨削过程中去除单位材料体积都需要消耗较相互作用，此时被消耗的磨削能量被认为全部转换高的能量。在砂

2、轮与工件表面相互作用的磨削区处成热量。一个用来计算温度响应的关键性临界参数这些能量几乎全部作为热量被耗散。这可能会引起是工件的能量分配比率。能量分配比率取决于磨削不同类型的相变热损伤。例如烧伤、金相组织的变的类型、砂轮和工件的材料以及磨削条件。化、表面层的软化处理(回火)、不利的残余拉应力、磨削过程中的热分析和磨削温度对热损伤的磨削裂纹以及疲劳强度的降低。因磨削而造成的热影响是研究磨削加工的关键。首先，对外圆及平损伤是影响工件质量和限制生产率的主要因素之面磨削过程中的可动热源进行分析。通过考虑切一，因此掌握影响磨削温度的根本因素是很重要的。屑形成、耕犁

3、以及以热量的形式传递给工件表面的从1950年所报道的硬化钢表面的金相分析滑动的热量，能量分配最初来自于磨削能量模型。该表明了磨削伤害是产生热量的来源。随后进行了模型忽略了磨削区冷却液的作用，在磨削温度超过了把工件表面的实际磨削温度与金相组织变化的第磨削液的烧伤温度时是合乎情理的。利用对流传热的一次试验。为此，嵌入式热电偶则用来测量淬硬方法，能量对应的临界表面温度是依据磨削参数而轴承钢磨削工件表面层的温度，很多其他方法也已定，从而使热损伤得到同步的控制。对于传统的经被应用，比如采用热电偶或是辐射传感器来测量浅切磨削，能量分配通常占60％～85％。相比之磨

4、削温度。因为在时间上或是在接触表面的空间上下，对低工作速度和大深度的切削来说能量分配要温度梯度比较极端，所以在解释这样的测量时有很小得多，一般为5％或是更少。这表明，这种低能多困难，但是对工件表面温度的测量，采用嵌入式量分配可以归因于磨削区的流体冷却。在磨削过程热电偶或是利用光纤红外热辐射传感器都能得到非中，源源不断的冷却液的有效冷却对避免热损伤来常满意的结果。说起着很重要的作用。无论是复合还是单颗粒热模在磨削过程中，能量的消耗会使温度产生变型都可以解释能量分配中冷却液作用的效果。此化。一般而言，在磨削过程中能量或功率消耗是外，在缓进给磨削中，相对于较

5、长的工件砂轮接触不受控制的输出量。在生产环境下，温度测量的长度而言，由于工件通常是比较短的，因此作瞬态研究方法对于识别和控制磨削温度来说并不切实可热分析就显得非常有必要。行，因为它们的使用一般仅限于实验室。当磨削功与使用传统氧化铝砂轮的浅切磨削相比，用类率的过程监控与磨削过程热耦合分析相结合时，可似CBN作为超级磨料磨削造成的热损伤问题通常以提供一个估算磨削温度和控制热损伤的更可行会少一些。较低的温度以及热损伤的减少要归因于的办法。金刚石磨料颗粒的高导热率，较高的磨削热就传向磨削过程中的热分析通常是以移动热源作为基砂轮而不是磨削工件表面。对于采用陶瓷或

6、是电镀础的，为此，将磨削区作为一个热源来建模。此热的CBN砂轮，由于在磨削区提供了充分的冷却液源将沿工件表面移动，在磨削区，砂轮与工件表面进行冷却，能量分配通常只占20％甚至更低。13精密制造与自动化2012年第4期高效深切磨削主要利用切削深度较大的CBN砂轮，式(1)中，Ko()为修正的第二类零阶的贝赛尔函高效深切磨削在宽度方向上提供了极其高的单位去数，q(为半无限体表面的热流分布，k为工件材除率。从热学的角度来看，高效深切磨削的一个独料的热导率，为其热扩散系数，，为热源长度的一特的特点是与切削深度有较大关联的倾斜热源，并半，为热源的速度。且较大的切

7、削深度再加上较高的切削速度一起导致在实际情况下，最高温升值0通常被特别注了一种情况，那就是在磨削区的前部楔形处，一些意。如果热源移动足够快，对于均匀的热源最高温被加热的材料随着磨削过程被去除，从而使得已加升(g(=qw)可近似为：工的光整表面获得了较低的温度。l1OmITI：：：(2)1⋯1传统的浅切磨削kV21．1热分析磨削是指砂轮表面与工件间离散磨料颗粒的相如果无量纲的热量数值(佩克莱特数)互作用。由于砂轮与工件表面的相互作用，所有的L三V／／2a比5大，这种‘高速’的条件是满足的。磨削能量被认为消耗在磨屑的形成、耕犁以及划擦。虽然公式(2)也可以

8、相当准确到L=1，但这也包括在工件表面的下方，由于在磨料粒度间的相互作用最实际的磨削情况。在L