超声振动磨削淬硬齿轮钢残余应力和硬化层的理论与试验研究
发布时间：2021-03-18 14:27
齿轮是传递运动和动力的传动系统核心关键零件,目前,高速运载、航空航天、新能源等高端装备的高速发展对传动齿轮的需求越来越大,对其服役性能和疲劳寿命也提出了很高甚至是苛刻的要求。齿轮表面的残余应力和硬化层质量是抗疲劳寿命的重要指标,如何通过加工工艺的改进达到理想的残余应力和硬化层质量是近期的研究热点之一。超声振动辅助加工下刀具具有瞬间高能集中,高频振动冲击作用和独特的切削机理,对于残余应力和硬化层的主动控制具有明显的作用。因此,对淬硬42CrMo齿轮钢在超声振动磨削下热-力耦合作用表面残余应力与硬化层的形成机理进行试验研究,最终为高性能齿轮的抗疲劳制造提供一种高效可控的加工方法。本文的研究内容和成果如下:（1）通过理论分析,分析超声振动磨削加工过程中磨粒的运动轨迹特征和磨粒的磨削机理,建立了超声振动磨削力数学模型,并利用ABAQUS有限元仿真软件对超声振动磨削条件下磨削温度场进行仿真,利用研制的轴向超声振动试验平台进行试验验证。研究表明:超声振动磨削改变了材料去除机理和散热方式,相对于传统磨削,磨削力在超声振动磨削中最高降低了38%左右,磨削温度也有所降低,验证了理论分析的正确性。（2）基...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振动条件下的单颗磨粒的运动轨迹nicassistedgrindingmotionmodel
图 2-3 超声条件下单颗磨粒的运动轨迹仿真图Fig. 2-3 Ultrasonic grinding single abrasive particle trajectory diagra统磨削加工中主轴方向没有超声振动的作用，单颗磨粒的运动为：x sin( ) / 2/ 2 cos( ) / 2w s ss s sv t d w ty d d w t 公式（2-1）和（2-2）可以得到，磨粒在超声振动加工过程中，一个超声高频简谐振动，进而改变了磨粒在磨削加工中的运动论分析中设 为磨粒磨削的深度， t 为单颗磨粒在主轴旋转一pa进而可以推导出：a (1 cos( )) / 2p s s d w t（2-3）中 的数值非常小，可以近似得到 tswcos( ) (1 (s w t 行简化处理 ，得到：2( ) / 4p s sa d w t
图 2-4 单颗磨粒的运动轨迹仿真对比图Fig. 2-4 Single abrasive particle trajectory运动弧长的分析磨削加工过程中经过的轨迹路线称为运动弧长，磨削加工弧长的重要因素。依据上面给出的磨粒在两种加工方式下可以求出磨粒的速度方程，传统磨削磨粒速度方程如式(2cos( ) / 2sin( ) / 2x w s sy s sv v d w tv d w t 件下的单颗磨粒的速度方程如式(2-6)所示：cos( ) / 2sin( ) / 2cos( )x w s sy s szv v d w tv d w tv A wt 统磨削条件下的运动弧长为：2 22 cos(2 / )tL v v v v v t d d
【参考文献】：
期刊论文
[1]6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究[J]. 郑建新,罗傲梅. 稀有金属材料与工程. 2015(03)
[2]表面超声滚压处理工艺对高速列车车轴钢表面状态的影响[J]. 陈利钦,项彬,任学冲,刘鑫贵,林国标. 中国表面工程. 2014(05)
[3]齿轮的表面完整性与抗疲劳制造技术的发展趋势[J]. 高玉魁,赵振业. 金属热处理. 2014(04)
[4]超声波齿面强化加工头的研究[J]. 宋洪侠,孔志营,孙伟志. 计算机仿真. 2014(02)
[5]超声激励ZTA陶瓷压痕裂纹扩展特性试验研究[J]. 卞平艳,赵波,李瑜. 人工晶体学报. 2013(09)
[6]TC4-DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能[J]. 胥军,卢文壮,王晗,朱延松,黄群超,左敦稳. 航空学报. 2014(02)
[7]基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究[J]. 孙雅洲,刘海涛,卢泽生. 机械工程学报. 2011(01)
[8]淬硬轴承钢平面磨削变质层的特性[J]. 毛聪,黄向明,李岳林,周志雄. 纳米技术与精密工程. 2010(04)
[9]二维超声磨削纳米复相陶瓷表面残余应力研究[J]. 薛进学,赵波,吴雁. 兵工学报. 2010(05)
[10]超声振动辅助磨削NdFeB永磁材料磨削力试验研究[J]. 张洪丽,张建华. 机械设计与制造. 2010(05)
博士论文
[1]残余应力生成机理及复杂薄壁件加工精度控制方法研究[D]. 江小辉.东华大学 2014
[2]关于航空框类结构件铣削加工残余应力和变形机理的研究[D]. 王立涛.浙江大学 2003
硕士论文
[1]铝基碳化硅复合材料的超声辅助磨削加工工艺研究[D]. 苏阔.大连理工大学 2012
本文编号：3088479
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声振动条件下的单颗磨粒的运动轨迹nicassistedgrindingmotionmodel
图 2-3 超声条件下单颗磨粒的运动轨迹仿真图Fig. 2-3 Ultrasonic grinding single abrasive particle trajectory diagra统磨削加工中主轴方向没有超声振动的作用，单颗磨粒的运动为：x sin( ) / 2/ 2 cos( ) / 2w s ss s sv t d w ty d d w t 公式（2-1）和（2-2）可以得到，磨粒在超声振动加工过程中，一个超声高频简谐振动，进而改变了磨粒在磨削加工中的运动论分析中设 为磨粒磨削的深度， t 为单颗磨粒在主轴旋转一pa进而可以推导出：a (1 cos( )) / 2p s s d w t（2-3）中 的数值非常小，可以近似得到 tswcos( ) (1 (s w t 行简化处理 ，得到：2( ) / 4p s sa d w t
图 2-4 单颗磨粒的运动轨迹仿真对比图Fig. 2-4 Single abrasive particle trajectory运动弧长的分析磨削加工过程中经过的轨迹路线称为运动弧长，磨削加工弧长的重要因素。依据上面给出的磨粒在两种加工方式下可以求出磨粒的速度方程，传统磨削磨粒速度方程如式(2cos( ) / 2sin( ) / 2x w s sy s sv v d w tv d w t 件下的单颗磨粒的速度方程如式(2-6)所示：cos( ) / 2sin( ) / 2cos( )x w s sy s szv v d w tv d w tv A wt 统磨削条件下的运动弧长为：2 22 cos(2 / )tL v v v v v t d d
【参考文献】：
期刊论文
[1]6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究[J]. 郑建新,罗傲梅. 稀有金属材料与工程. 2015(03)
[2]表面超声滚压处理工艺对高速列车车轴钢表面状态的影响[J]. 陈利钦,项彬,任学冲,刘鑫贵,林国标. 中国表面工程. 2014(05)
[3]齿轮的表面完整性与抗疲劳制造技术的发展趋势[J]. 高玉魁,赵振业. 金属热处理. 2014(04)
[4]超声波齿面强化加工头的研究[J]. 宋洪侠,孔志营,孙伟志. 计算机仿真. 2014(02)
[5]超声激励ZTA陶瓷压痕裂纹扩展特性试验研究[J]. 卞平艳,赵波,李瑜. 人工晶体学报. 2013(09)
[6]TC4-DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能[J]. 胥军,卢文壮,王晗,朱延松,黄群超,左敦稳. 航空学报. 2014(02)
[7]基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究[J]. 孙雅洲,刘海涛,卢泽生. 机械工程学报. 2011(01)
[8]淬硬轴承钢平面磨削变质层的特性[J]. 毛聪,黄向明,李岳林,周志雄. 纳米技术与精密工程. 2010(04)
[9]二维超声磨削纳米复相陶瓷表面残余应力研究[J]. 薛进学,赵波,吴雁. 兵工学报. 2010(05)
[10]超声振动辅助磨削NdFeB永磁材料磨削力试验研究[J]. 张洪丽,张建华. 机械设计与制造. 2010(05)
博士论文
[1]残余应力生成机理及复杂薄壁件加工精度控制方法研究[D]. 江小辉.东华大学 2014
[2]关于航空框类结构件铣削加工残余应力和变形机理的研究[D]. 王立涛.浙江大学 2003
硕士论文
[1]铝基碳化硅复合材料的超声辅助磨削加工工艺研究[D]. 苏阔.大连理工大学 2012
本文编号：3088479
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