ELID磨削过程中磨削温度的理论与实验研究

论文摘要

在线电解修整（ELID,Electroltic In-process Dressing）镜面磨削技术对硬脆材料的表面加工具有加工效率高、表面质量好等优点,已经成为当今超精密磨削加工技术的主要研究方向。ELID磨削过程中产生的磨削发热会对加工工件的表面质量和使用性能产生极大的影响,同时砂轮的使用寿命也会受到很大影响。因此对ELID磨削过程中磨削温度的研究具有重要的理论意义和实际价值。本文采用理论推导、有限元仿真和实验分析等手段,对ELID磨削过程中的磨削温度进行了研究,本文的主要工作和成果如下：（1）本文首先对ELID磨削条件下的温度进行了理论分析。在对传热学的基本理论做了简要介绍的基础上,利用热源法及传热学基本理论,对磨削温度进行了理论研究；从理论分析了ELID磨削条件对磨削热源形状的影响,并建立了在不同热源形式下工件磨削表面的磨削弧内最高温度的数学模型。（2）介绍了有限元法在磨削温度场分析中应用的理论基础,建立了ELID磨削条件下磨削温度场的有限元模型并确定了ELID磨削条件下的温度场边界条件；运用ANSYS有限元分析软件对SLID磨削条件下的温度场进行了有限元仿真,得出磨削区的最高温度仿真值；详细分析了砂轮线速度、磨削深度、工件速度等磨削参数对ELID磨削时磨削温度的影响规律。（3）设计了磨削区温度测量实验装置,对热电偶的工作原理及半人工热电偶测量磨削温度的可行性进行了理论分析,对磨削温度信号的放大采集及信号转换显示和存储做了介绍和分析。（4）设计了SLID磨削温度测量实验方案,并对实验结果与仿真结果进行了对比分析,得出了各个磨削参数在对实际SLID磨削过程中磨削温度的影响规律。（5）本文理论分析与实验研究了SLID磨削过程中磨削温度与磨削参数之间的内在规律,基于ELID磨削温度的研究初步探讨了SLID磨削机理,为今后将ELID磨削更好实际应用提供有效的理论基础与帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ELID磨削技术研究的历史与现状
• 1.2.1 ELID磨削技术
• 1.2.2 ELID磨削技术的特点
• 1.3 磨削温度场研究的历史与现状
• 1.3.1 磨削温度国内外研究的发展概况
• 1.3.2 磨削温度的计算方法
• 1.3.3 磨削温度的分类、意义及测量技术
• 1.4 本课题研究意义与研究内容
• 第2章 ELID磨削温度的理论研究
• 2.1 传热学基础理论
• 2.1.1 热量传递的三种基本方式
• 2.1.2 导热微分方程的建立
• 2.2 ELID磨削温度的研究
• 2.2.1 ELID磨削方式对热源形状的影响
• 2.2.2 ELID磨削温度场数学模型的建立
• 2.2.3 磨削热流入工件比例分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 ELID磨削过程中磨削温度有限元仿真及分析
• 3.1 磨削温度场数学模型
• 3.2 磨削温度场有限元模型的建立
• 3.2.1 干磨时温度场的有限元模型
• 3.2.2 ELID磨削时温度场的有限元模型
• 3.2.3 ELID磨削温度场边界条件的确定
• 3.3 ELID磨削温度场有限元仿真
• 3.3.1 确定单元类型
• 3.3.2 ELID磨削温度仿真参数设定
• 3.3.3 创建有限元模型
• 3.3.4 ELID磨削温度场的求解
• 3.4 ELID磨削温度仿真结果与分析
• 3.4.1 磨削温度仿真计算实例
• 3.4.2 ELID磨削温度仿真结果
• 3.4.3 有限元仿真结果与解析的比较及磨削温度的影响因素分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 ELID磨削温度测量的实验系统设计
• 4.1 实验材料及其性能参数
• 4.2 实验系统及其设备
• 4.2.1 ELID磨削系统
• 4.2.2 砂轮的选择
• 4.3 磨削温度热电偶测量原理分析
• 4.3.1 磨削温度测量原理
• 4.3.2 热电偶测温原理
• 4.3.3 热电偶测量ELID磨削温度的可行性
• 4.4 热电偶温度检测系统设计
• 4.4.1 热电偶的制作及标定
• 4.4.2 磨削温度信号的放大滤波电路设计
• 4.4.3 AVR单片机介绍
• 4.4.4 温度采集分析及处理软件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 ELID磨削温度测量的实验方案及结果分析
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验结果及数据分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果