特殊金属磨削温度的有限元仿真与实验研究

论文摘要

磨削是一种提高零件表面加工质量、实现难加工材料的精密加工的一种技术。磨削加工切除单位体积材料时需要非常高的能量输入，并且大部分会以热能的形式进入工件，导致磨削区温度升高。而磨削区温度升高会引起工件的热损伤，降低砂轮寿命。因此，研究特殊金属磨削温度来探索解决磨削缺陷的热机理以及寻求控制磨削工件质量具有重要的现实意义。本文首先利用解析法对磨削温度进行了分析。表达了二种磨削热模型，分别是均匀热源模型和三角形热源模型。其次，运用有限元方法推导出稳态和瞬态温度场有限元方程，并由此得出磨削温度场的有限元模型，为以后研究磨削温度场尤其是湿式磨削温度场提供了理论基础。再次，推导了磨削温度场的有限元计算模型。将砂轮与工件的接触区热源简化为均布热源，利用有限元分析软件ANSYS10.0，将工件划分为六面体实体单元，推导了不同工艺条件下磨削温度场的三维有限元仿真模型，并进行了动态仿真分析。最后，测量了灰铸铁、M50钢、38MnSiVs6钢三种特殊金属材料的实际磨削切深、磨削力和磨削温度。详细探讨了半人工热电偶测温技术。并且把实验结果与有限元仿真结果进行了比较。通过研究发现，利用有限元软件可以对磨削温度进行有效的仿真分析。但是磨削温度实验是非常有必要的！而有限元分析可以对磨削温度实验进行指导。本文的研究成果揭示了特殊金属材料磨削温度的内在规律，有助于建立完善的磨削温度基础理论体系，对磨削生产实践有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有限元仿真磨削温度场的研究现状
• 1.3 有限元仿真磨削温度场研究的进展
• 1.4 磨削温度的测量技术
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 磨削温度的理论分析
• 2.1 磨削区温度分布的两种理论热源模型
• 2.1.1 按均布热源计算
• 2.1.2 按三角形分布热源计算
• 2.1.3 热流分布形式对磨削区温度的影响
• 2.2 按一维导热计算磨削区温度分布
• 2.3 磨削热分配比的三种理论模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 有限元磨削温度场理论模型
• 3.1 有限元分析方法的原理
• 3.2 磨削温度场的数学模型
• 3.3 磨削温度场有限元仿真模型的推导
• 3.3.1 有限元仿真模型一
• 3.3.2 有限元仿真模型二
• 3.4 相关参数的确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 磨削温度场的有限元仿真
• 4.1 磨削温度场的有限元模型
• 4.1.1 前处理
• 4.1.2 磨削热源加载
• 4.1.3 后处理
• 4.2 仿真结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 特殊金属材料磨削温度实验
• 5.1 磨削力测量
• 5.2 半人工热电偶测量磨削温度
• 5.3 实验系统
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢