為了準確預(yù)測工件表面及亞表面不同深度的溫度場變化,基于反熱源原理,以實際測量的磨削溫度為基礎(chǔ),采用溫度匹配法建立適應(yīng)真實磨削加工時接觸區(qū)的熱源模型。運用有限元法,仿真計算工件磨削溫度場的變化,并與瑞利分布熱源模型預(yù)測結(jié)果對比,對工件表面及亞表面不同深度磨削弧區(qū)的磨削溫度場進行測量。結(jié)果表明:基于溫度匹配法建立的熱源模型模擬的表面及亞表面不同深度溫度場與實測值具有很好的一致性,相對誤差在3.0%～7.5%,比瑞利熱源模型預(yù)測的溫度場分布精度提高了近2倍。 

【文章來源】：金剛石與磨料磨具工程. 2020,40(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

熱源模型建立方案

選擇有限元分析軟件ANSYS15.0仿真GCr12磨削溫度場,具體步驟如圖2所示。采用UG軟件進行三維實體建模,工件尺寸見表1,然后導(dǎo)入ANSYS軟件中,輸入材料物理特性,選擇單元類型為SOLID 70。定義網(wǎng)格類型為8node70,分別沿著Z軸、X軸和Y軸方向?qū)嶓w邊線進行25、100和100等分,采用Mapped命令4 to 6 sided進行網(wǎng)格劃分。單元數(shù)量為250 000,對底面進行全約束,如圖3所示。

根據(jù)文獻[13]的磨削弧區(qū)溫度值,采用Matlab軟件進行計算和擬合,得出通過溫度匹配法建立的熱源模型函數(shù)為qwp(ξ)=2.890 0×e7[(ξ/lc)0.23-0.217 9×(ξ/lc)](以下簡稱“P4熱源模型”)。對P4熱源模型擬合顯著性回歸分析可得相關(guān)系數(shù)R2=0.996 9,表明曲線擬合效果很好。瑞利分布熱源模型參考文獻[14]。圖4為溫度測量與仿真結(jié)果比較。從圖4中可得:文獻[6]中基于瑞利分布熱源模型計算出來的最高溫度與實測溫度值的相對誤差為5.0%,本文瑞利分布計算出來的最高溫度與實測值相對誤差為4.3%。另外,基于瑞利分布熱源模型計算出來的最高溫度位置距離磨削起點7.7 mm,而本文采用瑞利分布時的最高溫度位置在7.5 mm。說明瑞利分布熱源模型能很好地預(yù)測磨削弧區(qū)表面溫度,驗證了文獻[10]和[15]的結(jié)論。而根據(jù)有限元仿真時瑞利熱源模型和P4熱源模型運動速度和對應(yīng)的時間,可得磨削弧區(qū)最高溫度所對應(yīng)的位置分別為7.2 mm和7.5 mm。說明P4熱源模型仿真出來的溫度場從溫度值和熱源形狀分布等方面與熱電偶測出來的溫度場分布更加趨于一致。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于有限元法的平面磨削熱源模型的仿真研究[J]. 王艷,謝建華,熊巍,楊林,張省.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2016(11)
[2]基于瑞利分布的平面磨削溫度場的仿真研究[J]. 王艷,謝建華,劉建國,張省.  中國機械工程. 2015(04)
[3]平面磨削溫度場三維數(shù)值模擬及其試驗研究[J]. 毛聰,周志雄,周德旺,夏啟龍.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2009(24)



本文編號：3115845