纳米结构陶瓷涂层材料是近年来国内外迅速发展的一种新型的工程材料,其优良的性能使其在工程上有着极其广泛的应用前景。本文通过实验研究结合有限元模拟的方法,对纳米结构碳化钨钴(n-WC/12Co)涂层精密磨削的残余应力进行了研究。其研究成果对纳米结构陶瓷涂层工业化应用和陶瓷材料精密磨削理论的完善具有重要的理论价值和实用价值。 本文采用卧矩台平面磨床对热喷涂n-WC/12Co涂层精密磨削残余应力进行了较详细的实验研究,首先研究了热喷涂后涂层中的残余应力状态,然后分析了磨削参数如砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮粘结剂类型和磨粒尺寸等对n-WC/12Co涂层材料精密磨削残余应力的影响规律。通过研究得出了一些重要的结论。本文的实验研究有助于理解纳米结构涂层中的残余应力状态和选择磨削参数以控制残余应力达到期望的状态。 另一方面,本文以n-WC/12Co精密磨削过程为研究对象,采用热弹塑性有限元方法建立n-WC/12Co涂层精密磨削残余应力的计算模型,忽略相变的影响,基于ANSYS平台,利用APDL参数化设计语言完成建立实体模型、给定材料属性、划分单元、加载和求解整个过程。最终将有限元结果与实验结果进行了对比,证明了有限元模型的正确性。 本文进行有限元分析时采用可移动的不变的热流密度和磨削力。磨削过程中,热源和磨削力在试件表面以工作台速度移动。按砂轮与工件的接触弧长将试件分为若干接触区域,采用载荷沿工件表面走步,每个载荷步为一个接触弧长,载荷在每一个接触弧长上的作用时间等于接触弧长除以工作台速度。这样,在第n个载荷步,水平切削力F_t、垂直挤压力F_n、轴向作用力F_z同时作用在第n个接触区域的所有单元上,此时瞬态温度场对应各结点都有相应的温度值,考虑加载、卸载,工件体内的瞬时温度变化,当走完所有步,并且工件温度全部下降到室温时,计算得出试件中的残余应力状态。