本文關鍵詞：自阻加熱磨削強化機理及工藝實驗研究

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【摘要】：磨削強化作為一種高度集成的加工工藝,不僅將磨削中的磨削熱作為積極因素利用起來,變廢為寶,而且省去了熱處理工藝及熱處理工藝前后的清洗和運輸等工藝,縮短了生產線、提高了生產效率、減少了對環(huán)境的污染,從而具有重要的研究意義。針對磨削強化中強化層深度較淺以及在干磨條件下強化層常分布為殘余拉應力或較小的殘余壓應力等問題,本文提出了一種基于自阻加熱的預加熱磨削強化加工工藝,旨在提高強化層的深度,同時改善工件強化層殘余應力的分布。本文的主要研究內容包括:(1)根據能量守恒原理,定性地分析預加熱溫度對強化層深度的影響機理,研究加熱溫度與加熱電流的關系,從理論上闡釋了自阻加熱磨削強化的可行性;設計自阻加熱磨削強化實驗平臺方案,對實驗相關設備進行設計與選型,搭建實驗平臺,并對加熱速度進行研究。(2)設計實驗方案,對40Cr工件進行自阻加熱磨削強化實驗,研究不同預加熱溫度對磨削力及強化層表面質量(包括表面粗糙度、表面形貌、亞表面金相組織、強化層的深度及硬度、表面殘余應力)的影響規(guī)律。結果表明:隨預加熱溫度的升高,磨削力有所降低,強化層深度顯著增加,強化層硬度有降低趨勢,表面殘余應力從殘余拉應力逐漸變?yōu)闅堄鄩簯�。對比了預加熱溫度和磨削深度對強化層深度的影響,預加熱條件下采用較小磨削深度就能獲得較厚的強化層深度,從而可以降低磨削實驗對砂輪的磨損以及對機床主軸功率的要求。(3)根據能量守恒和傳熱學相關理論,對自阻加熱磨削強化過程中工件表層的總能量及次表面溫度進行計算,對磨削溫度場進行有限元仿真。理論計算結果表明:隨預加熱溫度的升高,工件表層總能量增加,工件次表面的溫度升高。仿真結果表明:隨預加熱溫度的升高,工件表面及次表面的溫度均升高,強化層的溫度梯度降低。因此,通過自阻加熱補償工件表層的熱量,能提高強化層的深度,并改善工件表面殘余應力的分布。
【關鍵詞】：自阻加熱 磨削強化 強化層深度 殘余應力 溫度場
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 磨削強化的研究現狀15-19
• 1.2.1 磨削強化機理研究15-16
• 1.2.2 磨削工藝參數對強化層的影響16-18
• 1.2.3 磨削強化層的預測及均勻性研究18-19
• 1.3 自阻加熱的研究現狀19-20
• 1.4 自阻加熱磨削強化的研究意義20-21
• 1.5 課題來源及研究內容21
• 1.6 本章小結21-22
• 第2章 自阻加熱磨削強化實驗平臺的設計與實現22-33
• 2.1 自阻加熱磨削強化實驗方案設計22-26
• 2.1.1 預加熱磨削強化機理研究22-23
• 2.1.2 自阻加熱溫度的理論分析23-25
• 2.1.3 自阻加熱磨削強化實驗平臺方案設計25-26
• 2.2 自阻加熱磨削強化相關設備的設計及選型26-31
• 2.2.1 電源選型26-27
• 2.2.2 電極與導線設計27-28
• 2.2.3 絕緣保溫材料選型28-29
• 2.2.4 夾具設計29-30
• 2.2.5 測溫方案設計30-31
• 2.3 加熱速度測量31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第3章 自阻加熱磨削強化實驗33-42
• 3.1 實驗材料及其性能33
• 3.2 實驗設備33-36
• 3.2.1 磨床33-34
• 3.2.2 砂輪34-35
• 3.2.3 磨削力測量系統(tǒng)35-36
• 3.3 磨削工藝實驗方案36-38
• 3.4 表面質量的檢測38-41
• 3.4.1 表面粗糙度與表面形貌的測量38-39
• 3.4.2 亞表面金相組織的觀察39
• 3.4.3 表面微觀硬度的測量39
• 3.4.4 表面殘余應力的測量39-41
• 3.5 本章小結41-42
• 第4章 自阻加熱磨削強化實驗結果及其分析42-53
• 4.1 磨削力42-43
• 4.1.1 預加熱溫度對磨削力的影響42-43
• 4.1.2 磨削深度對磨削力的影響43
• 4.2 表面粗糙度和表面形貌43-46
• 4.2.1 預加熱溫度對表面粗糙度及表面形貌的影響43-45
• 4.2.2 磨削深度對表面粗糙度及表面形貌的影響45-46
• 4.3 強化層厚度與微觀硬度46-50
• 4.3.1 預加熱溫度對強化層深度及硬度的影響46-48
• 4.3.2 磨削深度對強化層深度及硬度的影響48-50
• 4.4 磨削強化層表面殘余應力50-51
• 4.5 預加熱溫度及磨削深度對強化層的影響比較51-52
• 4.6 本章小結52-53
• 第5章 自阻加熱磨削強化的機理研究53-69
• 5.1 自阻加熱磨削強化溫度場的理論分析53-57
• 5.1.1 自阻加熱磨削強化過程中工件表層的能量變化53-55
• 5.1.2 自阻加熱磨削強化中工件次表面溫度的求解55-57
• 5.2 自阻加熱磨削強化溫度場的有限元仿真57-64
• 5.2.1 磨削強化過程中傳熱學理論57-59
• 5.2.2 ANSYS軟件的介紹59-60
• 5.2.3 模型的建立與網格劃分60-61
• 5.2.4 邊界條件及初始條件的確定61-62
• 5.2.5 不同預加熱溫度及磨削深度下的溫度場62-64
• 5.3 預加熱溫度對強化層的影響分析64-67
• 5.3.1 預加熱溫度對強化層深度的影響分析64-65
• 5.3.2 預加熱溫度對表面殘余應力的影響分析65-66
• 5.3.3 預加熱溫度及磨削深度對強化層深度影響的對比分析66-67
• 5.4 本章小結67-69
• 結論與展望69-71
• 參考文獻71-75
• 致謝75-76
• 附錄A （攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄）76

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本文編號：599938