湿磨温度场的理论研究及有限元仿真

【摘要】： 磨削过程中产生大量的热传入工件,这些热量常来不及传入工件深处而聚集在表面层里形成局部高温,对工件表面质量和使用性能影响极大。本文对磨削温度场从理论和实验等各方面进行了较为全面、系统的研究,并运用有限元方法对磨削温度场进行了计算机仿真。 本文主要工作和结论有:(1)根据流体动压润滑理论和边界层理论,建立了磨削区冷却液的边界层对流换热系数微分方程组的完整形式,并解得磨削区冷却液的对流换热系数,发现冷却液对流换热系数随着切深的增大而减小;随着砂轮速度的增大而增大;工作台速度对冷却液的对流换热系数影响很小,基本不变;(2)建立了磨削区内热量分配比例模型,联合对流换热系数模型,获得了温度场最大温度的求解公式。(3)建立了干式和湿式磨削温度场的有限元模型,并运用有限元分析软件ANSYS对湿式磨削温度场进行了仿真研究,得出了湿磨温度场分布的三维等温图。通过仿真结果发现磨削温度随着切深的增大而升高;随着砂轮速度的增大,温度先升高后有减小趋势;随着工作台速度的增大,温度降低;磨削深度对温度场的影响最大,砂轮速度和工件进给速度对温度场的影响相对较小。(4)采用夹丝热电偶测温法,测量了在不同磨削速度、工件进给速度和磨削深度下工件的表层温度,所得实验结果与仿真结果基本相符合。 本文所提出的磨削温度场分布的理论及仿真模型,对今后磨削温度场的研究具有参考价值和促进作用。