磨削温度场的研究现状与发展趋势

张国耀 · 发表于 2008-5-26 12:18:31

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磨削温度场的研究现状与发展趋势摘要：模具标准化及模具标准件的发展如何利用高性能扫描系统重现工件的真实形状车床经济型数控系统硬件设计CK6432（FANUC-0TD）数控车床编程在两种材料合成件上进行孔加工方法的研究和实践中小企业开发专用CAD的方法研究实现精益，走向世界DOM电子硬盘应用方案数控链式刀库的精确定位及控制高速走丝电火花线切割工作液的性能要求植物油基冷却液去除异味延长冷却液寿命线电极切割机高速化的最新技术数控机床的维修实例技术人才匮乏制约塑模业的发展行业发展中应予关注的几个问题电主轴国产化低数控机床的发展之痛UG到AutoCAD数据的批量转换模具高速铣削加工技术灵活应变带来经济收益 [标签:tag] 摘要：综述了磨削温度场研究的历史、现状和发展趋势，介绍了有限元法和计算机仿真技术在磨削温度场研究中的作用。 1 引言在磨削加工过程中，被切削金属层较薄，与切削加工时相比，被切金属层薄几十倍至几百倍。如此小的切削厚度使得比切削力很大、比能很高并产生大量.

摘要：综述了磨削温度场研究的历史、现状和发展趋势，介绍了有限元法和计算机仿真技术在磨削温度场研究中的作用。

1 引言

在磨削加工过程中，被切削金属层较薄，与切削加工时相比，被切金属层薄几十倍至几百倍。如此小的切削厚度使得比切削力很大、比能很高并产生大量的热量，其中60%～95%的热量被传入工件，仅有不到10%的热量被切屑带走。这些传入工件的热量在磨削过程中常常来不及传入工件深处而聚集在工件表面层形成局部高温，工件表面温度可达1000℃以上，并在表面层形成极大的温度梯度(可达600～1000℃/mm)。因此，磨削的热效应对工件的表面质量和使用性能有极大影响。特别是当温度在界面上超过某一临界值时会引起表面的热损伤(包括表面的氧化、烧伤、残余应力和裂纹)，其结果将会导致零件的抗磨损性能降低，应力锈蚀的灵敏性增加，抗疲劳性能下降，从而降低零件的使用寿命和工作可靠性。此外，磨削周期中工件的累积温升，也会导致工件产生尺寸及形状精度误差。

磨削区所产生的磨削热不仅影响工件寿命，同时也影响砂轮使用寿命，因此，研究工件表面(尤其是磨削区)的温度分布状况和磨削烧伤前后磨削温度的分布特征，对深入探讨磨削机理和被磨零件表面完整性具有重要意义。

降低加工区温度的方法很多，其中最有效的是低温加工法(即加工时喷注低温冷却液如液氮或低温冷却气体的方法)。而新型的液氮超低温加工法的采用，对传统的磨削温度场的分析和测量系统提出了更高的要求，如何获得这种超低温状态下工件的温度分布情况，为磨削温度场的研究提出了新的课题。

2 磨削温度场研究的历史与现状

对于干式磨削时工件表层及内部的温度分布状况(即磨削温度场)，国内外学者已做了大量研究，并提出了磨削区温度场的理论计算公式，其计算结果与实验室的实测结果基本相符，因而已被逐步应用到实际生产中。由于磨削区热源强度来源于磨削时所产生的热量，而热量的一部分散失在砂轮、磨屑和空气中(湿磨时则被磨削液带走一部分)，因此计算过程极为复杂。

目前对于干式磨削温度场的理论解析已经有了较为成熟的理论，国内外学者均有不少研究成果，主要以1942 年J. C. Jaeger提出的移动热源理论为基础。

J.C. Jaeger 的移动热源理论模型为：带状热源在半无限大体上以速度v 运动，当到达某点时设t=0，此时对宽度为dx的线状热源在半无限大体中的温度场在某点所造成的温升进行积分，就可得到带状热源对某点造成的温升，所得温度场解析式为

q_(x，z)=

2q_ma_w

∫

X L

e^-uk₀(x² u²)

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