磨削淬硬層殘余應(yīng)力的有限元分析.pdf

1、磨削淬硬是利用磨削加工中產(chǎn)生的磨削熱直接對(duì)非淬硬鋼進(jìn)行表面淬火的復(fù)合加工新工藝。殘余應(yīng)力作為衡量淬硬層質(zhì)量的性能指標(biāo)之一，其研究對(duì)于有效的控制淬硬層質(zhì)量，促進(jìn)磨削淬硬工藝的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的意義。本文對(duì)磨削淬硬過程中的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了理論分析與試驗(yàn)研究。 1)對(duì)40Cr鋼的磨削力、淬硬層深度及殘余應(yīng)力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，探討了磨削用量對(duì)磨削力和淬硬層深度的影響。試驗(yàn)得出，切向力和法向力隨磨削深度和進(jìn)給速度的增大而增大，隨砂輪線

2、速度的增大而減??；淬硬層深度隨磨削深度和砂輪線速度的增大而增大，隨進(jìn)給速度的增大而減??；磨削深度對(duì)磨削力和淬硬層深度的影響大于進(jìn)給速度和砂輪線速度的影響。 采用X射線衍射法和電解剝層法測得殘余應(yīng)力沿工件深度方向的分布。測量結(jié)果表明，磨削淬硬層存在殘余壓應(yīng)力，且在淬硬層深度范圍內(nèi)壓應(yīng)力數(shù)值變化不大；在淬硬層和非淬硬層的交界區(qū)域，壓應(yīng)力快速轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，在淬硬層以下存在殘余拉應(yīng)力。 2)運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)40Cr鋼磨削過程

3、中的溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了工件的溫度場和節(jié)點(diǎn)的溫度變化歷程。通過硬度測量試驗(yàn)得出的淬硬層深度與數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果相比較，驗(yàn)證了溫度場計(jì)算模型具有較好的精度。探討了磨削用量對(duì)磨削區(qū)最高溫度的影響，發(fā)現(xiàn)磨削區(qū)最高溫度隨磨削深度和砂輪線速度的增大而增大，隨進(jìn)給速度的增大而減小；磨削深度對(duì)磨削區(qū)最高溫度的影響大于進(jìn)給速度和砂輪線速度的影響。 3)編制了熱應(yīng)力和熱－力耦合應(yīng)力場數(shù)值計(jì)算的APDL程序，得到了工件磨削后的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力

4、沿深度方向的分布。計(jì)算結(jié)果表明，工件表層存在殘余拉應(yīng)力，隨著深度的增加，拉應(yīng)力數(shù)值逐漸減小。在某一深度轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力，再隨著深度增加，壓應(yīng)力數(shù)值逐漸減小并趨于零。 4)采用GUI操作和APDL語言相結(jié)合的方式，計(jì)算了磨削淬硬層熱-力-相變耦合殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力沿深度方向的分布的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致，證明了理論計(jì)算模型的正確性。分析了磨削用量對(duì)殘余應(yīng)力的影響，發(fā)現(xiàn)隨磨削深度和砂輪線速度增大，表面殘余壓應(yīng)力數(shù)值相應(yīng)減??；隨進(jìn)給速