磨削淬硬是利用磨削加工過程中產(chǎn)生的熱、機械復(fù)合作用直接對鋼質(zhì)零件進(jìn)行表面硬化的加工新技術(shù)。由于零件淬硬層深度對零件性能具有顯著影響,因此對零件淬硬層深度進(jìn)行預(yù)測具有工程實際意義。根據(jù)熱源強度變化特點,將零件沿長度方向劃分為切入?yún)^(qū)、中間區(qū)以及切出區(qū)并對熱源強度模型進(jìn)行優(yōu)化。基于有限元方法,對磨削過程中的各區(qū)域溫度場分布及瞬時溫度變化進(jìn)行仿真分析,并對零件的切入?yún)^(qū)、中間區(qū)及切出區(qū)的淬硬層深度進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明,由于加工過程中熱源強度的變化,磨削加工后的零件兩端均有未淬硬部分,中間區(qū)淬硬層深度最大且均勻。最后將零件淬硬層深度預(yù)測與實驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證了熱源優(yōu)化模型的合理性和預(yù)測方法的有效性。

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【部分圖文】：

圖1三角形熱源模型離散過程

三角形熱源模型的構(gòu)建是根據(jù)有限元的離散性思想，因此熱源的加載也需要將其離散化。將接觸弧長le等分成n份，初始值是0，熱源每向前移動一個等分增量，三角形熱源的前端值就增加2qw/n，其尾端值始終為零，如圖1所示。(2）分段式三角形熱源建模

圖2工件表面區(qū)域劃分及對流換熱加載示意圖

由式（1）可知，磨削過程中磨削力Ft是影響熱流強度大小的條件，并根據(jù)磨削機理可知，在工件切入端由于參與加工的有效磨粒數(shù)逐漸增多，因此磨削力也會增大。當(dāng)砂輪與工件的接觸長度達(dá)到一個接觸弧長時，參與加工的有效磨削數(shù)趨于穩(wěn)定，故導(dǎo)致磨削力穩(wěn)定。在切出區(qū)時，由于參與加工的有效磨粒數(shù)逐漸減....

圖3ap=400μm時工件表面某一節(jié)點溫度變化曲線

對磨削淬硬過程中，試件表面溫度場瞬時變化情況進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果，如圖3所示。由圖3可知，磨削熱源在達(dá)到某一節(jié)點時，產(chǎn)生了大量的磨削熱，使得溫度迅速升高，進(jìn)而導(dǎo)致工件表面溫度高于820℃（45鋼Ac3的相變臨界值），且最高溫度到達(dá)1240℃。當(dāng)熱源離開此節(jié)點后，在工件自身的導(dǎo)熱性及....

圖4ap=400μm時工件不同深度處節(jié)點的溫度變化歷程

當(dāng)45鋼加熱溫度在Ac3=820℃以上時，基體組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，隨著溫度迅速下降，當(dāng)下降至馬氏體相變溫度以下時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。因此，可以將加熱溫度位于Ac3溫度以上的區(qū)域近似看做磨削淬硬區(qū)域，進(jìn)而對淬硬層深度進(jìn)行預(yù)測。磨削過程中工件表面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于奧氏體相變溫度，如....

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