齒條成形磨削淬硬耦合應(yīng)力場研究.pdf

1、磨削淬硬是利用磨削熱對非淬硬鋼進行表面淬火的新型復(fù)合技術(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。本文通過理論分析、數(shù)值模擬與實驗驗證相結(jié)合的方法，對磨削淬硬技術(shù)在成形加工齒條過程中的應(yīng)用進行了研究，為齒條成形磨削淬硬工藝參數(shù)的選擇提供了依據(jù)，主要研究內(nèi)容如下：
　　 在普通平面磨床上進行了成形磨削淬硬實驗研究，測量了磨削力及工件表層顯微硬度，計算出淬硬層深度，并采用X射線衍射法對加工后工件的表面殘余應(yīng)力進行了測量，探討了殘余應(yīng)力與加工參數(shù)之間的關(guān)

2、系。
　　 基于砂輪表面磨粒的概率統(tǒng)計，結(jié)合平面磨削力計算公式，建立了成形磨削力的計算模型，理論結(jié)果與實驗結(jié)果的誤差小于10％，該計算模型作為磨削弧區(qū)熱流密度計算的基礎(chǔ)。
　　 采用迭代求解法對相變潛熱及換熱系數(shù)進行了理論計算，基于傳熱學(xué)理論，建立了成形磨削淬硬的溫度場計算模型。綜合考慮材料的熱物性參數(shù)隨溫度的變化、相變潛熱、對流換熱等因素，對成形磨削淬硬溫度場進行了數(shù)值模擬，得出了工件表層溫度場及節(jié)點溫度變化歷程，并推

3、斷出磨削淬硬層深度，與實驗結(jié)果具有較好的一致性。
　　 在屈服準(zhǔn)則、應(yīng)變強化定律以及流動法則的基礎(chǔ)上，對成形磨削淬硬過程的熱彈塑性本構(gòu)關(guān)系進行了推導(dǎo)，研究了彈塑性區(qū)的應(yīng)力應(yīng)交關(guān)系?；跓?結(jié)構(gòu)耦合理論，建立了應(yīng)力場的有限元仿真模型，對成形磨削熱應(yīng)力場及熱-力耦合應(yīng)力場進行了仿真計算，發(fā)現(xiàn)磨削力的加載對熱應(yīng)力場的影響較小。
　　 在熱應(yīng)力場仿真模型的基礎(chǔ)上，考慮相變對應(yīng)力場的影響，計算了齒條成形磨削淬硬的表層殘余應(yīng)力，與實

4、驗值較為接近，誤差小于15％。齒條表面表現(xiàn)為壓應(yīng)力，在垂直于齒面深度方向上，壓應(yīng)力逐漸減小并轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力。
　　 將磨削深度和工件進給速度作為參數(shù)變量，固定其他磨削條件，建立了齒條成形磨削淬硬工藝參數(shù)選擇的流程。以溫度場仿真研究為基礎(chǔ)，以奧氏體化及材料熔化溫度所對應(yīng)的臨界熱流密度為約束條件，建立了磨削參數(shù)與淬硬層深度的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)齒條加工的技術(shù)要求，以淬硬層深度為條件，對加工工藝參數(shù)進行初步選擇，然后結(jié)合殘余應(yīng)力場分析結(jié)果，確