高温合金磨削力建模与温度仿真

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在对高温合金磨削力的建模方面,首先通过对磨削加工过程和理论经验公式分析,再根据高温合金在磨削时砂轮会出现明显的粘附现象建立了基于摩擦、耕犁、成屑三过程及粘附条件的磨削力的数学模型。而后在单因素试验的基础上,分别探究了砂轮速度、工件进给速度和磨削深度对磨削力变化的影响,并得到各个工艺参数与磨削力变化的关系图,并分别给以结论及分析解释。在实验数据的基础上,通过回归分析建立了磨削力的经验公式。最后在同一图上将磨削力的解析法模型和经验公式的计算结果分别与实验数据进行对比,并分析其误差来源。  在实验设计和分析方面,本次实验所用设备主要有磨床、压电晶体测力仪、热电偶、电子显微镜、手持式粗糙度仪等。磨削实验用的工件材料为CMSX-4高温合金,根据参考文献,磨削CMSX-4合金的砂轮最好选择CBN砂轮,所以本次试验所用的砂轮为实验室自制的电镀CBN砂轮,因为此次砂轮为实验室为本次磨削实验自制,所以它的性能好,因为做试验时间很短,而且次数不是很多,所以对砂轮的磨损不是很大,所以不需要对其进行修整。同时对于磨削试验中采用的的试件材料、精密平面卧式磨床、对磨削力进行测量的系统、实验各项工艺参数进行了简单介绍,并根据实验后得到的数据对第二章中建立的平面的磨削力的模型进行了相关准确度的验证,仿真后计算的结果与实验中得出的值吻合度也较好,也侧面验证了磨削力的模型的准确性。对于不同的砂轮和被加工的材料,只须进行几组实验,就可以得到比较为准确的CMSX-4合金的磨削力的计算公式。得到的公式在于经验公式的对比下,该磨削力模型不需要大量的磨削试验,节约了成本。本文所得出的磨削力数学模型为磨削界面力、热物理规律的认知,为继续深入认识磨削界面力、加工过程中的热量对被加工表面的性能影响,为研究磨削力与温度对制造加工装备动态性能的影响打下了坚实的基础。  对加工表面磨削温度方面的研究,通过对实验结果线性回归处理及仿真主要研究了各工艺参数对磨削温度的影响。参考相关文献,分析磨削过程中的热源分布,传热学模型,通过积分方法,由点到线,线到面,得到了瞬态无限大面热源下的最高磨削温度。通过对单因素实验,分别探究砂轮速度、工件速度和磨削深度对磨削温度的影响,并用计算机软件绘制出了磨削温度与各工艺参数的关系图。在实验数据的基础上,通过ANSYS分析,通过实验结果及所得的数据对材料特性进行了定义,模拟了工件材料的磨削过程,得到了某点在整个磨削过程中温度的变化过程,得到工件上的温度场的分布情况,以及表面不同点在磨削过程中的变化情况。
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