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)生的磨削熱直接對非淬硬鋼進行表面淬火的復(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，其研究對于有效的控制淬硬層質(zhì)量，促進磨削淬硬工藝的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的意義。本文對磨削淬硬過程中的溫度場和應(yīng)力場進行了理論分析與試驗研究。 1)對40Cr鋼的磨削力、淬硬層深度及殘余應(yīng)力進行了試驗研究，探討了磨削用量對磨削力和淬硬層深度的影響。試驗得出，切向力和法向力隨磨削深度和進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，隨進給速度的增大而減??；磨削深度對磨削力和淬硬層深度的影響大于進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)運用ANSYS軟件對40Cr鋼磨削過程

3、中的溫度場進行了數(shù)值模擬，得出了工件的溫度場和節(jié)點的溫度變化歷程。通過硬度測量試驗得出的淬硬層深度與數(shù)值模擬計算的結(jié)果相比較，驗證了溫度場計算模型具有較好的精度。探討了磨削用量對磨削區(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，隨進給速度的增大而減??；磨削深度對磨削區(qū)最高溫度的影響大于進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)果與試驗結(jié)果一致，證明了理論計算模型的正確性。分析了磨削用量對殘余應(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??；隨進給速