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预应力平面磨削专用夹具设计及应用研究

杨雪琦  
【摘要】:随着机械制造过程自动化程度的提高以及加工技术的进步,为了满足不断提升的产品需求,对被加工零件表面完整性、严格的制造一致性以及加工精度等方面的要求越来越高。而磨削加工作为生产制造环节的最后一步,一直是应用最为广泛的机械加工方法。本文结合预应力淬硬磨削机理,设计了一种适用于该种磨削条件的预应力加载装置,通过采用有限元分析软件对所设计夹具进行了仿真分析,经实体加工后,进行了应用实践,对磨削加工后的试件进行了硬度测量、残余预应力测量以及金相组织观测等试验。首先,本文阐述了残余应力的基本概念,包括残余应力的定义、分类;总结了一般情况下残余应力的产生原因;结合磨削淬硬技术的工艺性能,讨论了在磨削淬硬加工过程当中残余应力的形成规律,分析了预应力磨削的作用机理。其次,在明确了预应力淬硬磨削机理的基础上,参照现有机床夹具的设计方法,根据加载载荷对象的不同及传动方式的差异,提出了两种预应力加载装置设计方案,分析夹具受力情况,分别计算了两模型的理论预拉应力,利用三维建模软件Proe完成了夹具结构的模型的建立。然后,阐述了有限元法的基本内容,包括有限元法的应用步骤、模型中接触问题的处理,为夹具结构有限元分析奠定了基础;通过有限元分析软件ANSYS以及Workbench对夹具结构进行了仿真分析,校核了夹具关键部位的精度和强度及试件表面预应力分布分析,结合理论计算与夹具结构特点,对两方案所设计的夹具进行比较,最终选择传递效率较为理想的夹具方案进行了实体加工。最后,并对所设计的夹具进行了应用实践,在M7120A平面磨床上对45钢进行了磨削加工实验,同时对磨削加工后的试件进行了硬度测量、残余预应力测量以及金相组织观测等,验证了预应力淬硬磨削加工对试件加工表面质量的影响,试验表明所设计的预应力夹具可以应用于预应力淬硬磨削试验加工中。


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