大尺寸平面磨削淬硬参数优化
本文关键词：大尺寸平面磨削淬硬参数优化
【摘要】：磨削淬硬是利用磨削热对可淬硬钢表面进行加热,并利用工件基体的快速自冷却及磨削力的综合作用来实现材料表面硬化的新工艺。它既减少了热处理设备及相关工作人员的投入,又减少了能源消耗及对环境的污染,对促进生态平衡具有积极意义。然而在进行大尺寸平面磨削淬硬加工时,砂轮需要进行横向间歇进给,在前后两次进给的交界区域存在硬度相对较低的“软化带”,这会直接影响整个大平面表层的耐磨性。本文结合金属热处理、磨削原理、传热学以及金属材料学等相关知识简要介绍了大尺寸平面磨削淬硬基本理论,通过磨削淬硬单因素实验和正交实验,采用激光扫描显微镜、数字显微硬度计等主要设备,研究了主要磨削参数、砂轮横向重叠量对大尺寸平面磨削淬硬层的显微组织及分布、显微硬度及分布的影响规律,并对磨削淬硬温度场进行了模拟仿真。主要研究内容及结论有:(1)磨削淬硬件宽度方向上的显微组织分布为:当砂轮的重叠宽度Cr≤1mm时,分别为第一道淬硬区、第一道过渡区、未淬硬区、第二道过渡区和第二道淬硬区;当砂轮重叠宽度Cr1mm时,则分别为第一道淬硬区、回火区、第二道过渡区、二次淬火区和第二道淬硬区。在深度方向上,第一道和第二道磨削区显微组织都可以分成淬硬区、过渡区和基体三个部分。(2)在磨削淬硬件宽度方向上,两道磨削区间存在着硬度相对较低的“软化带”;而在深度方向上,两道磨削区的硬度曲线都可以分成三个部分:高硬度区、硬度急剧下降区和低硬度区。(3)单因素实验结果表明,随着磨削深度的增加或者工件进给速度的减小,软化带宽度相应增加;而随着砂轮重叠宽度的增加,软化带宽度则先减小后增大。正交实验分析得出各因素对软化带宽度的影响次序为:工件进给速度vw砂轮重叠量Cr磨削深度ap;最优磨削参数组合为vw=0.8m/min,Cr=1mm,ap=0.1mm。(4)建立了淬硬层厚度回归模型,给出了软化带宽度与磨削参数、砂轮重叠量之间的关系。(5)采用ANSYS工程分析软件对磨削淬硬温度场进行了模拟仿真,并对淬硬层厚度进行了预测。
【关键词】：磨削淬硬 显微硬度 软化带 温度场
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.6;TG174.4
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-10
- 第1章 绪论10-16
- 1.1 引言10-11
- 1.1.1 背景10
- 1.1.2 技术简介10-11
- 1.2 研究现状11-14
- 1.2.1 国外研究现状11-12
- 1.2.2 国内研究现状12-14
- 1.3 主要存在的问题14-15
- 1.4 研究内容及意义15-16
- 第2章 磨削淬硬基本理论16-28
- 2.1 磨削加工特点及过程16-17
- 2.1.1 磨削加工特点16-17
- 2.1.2 磨削过程17
- 2.2 磨削过程主要参数17-19
- 2.2.1 砂轮有效磨刃数17-18
- 2.2.2 砂轮与工件的接触弧长18
- 2.2.3 当量磨削层厚度18-19
- 2.2.4 磨削比能19
- 2.3 磨削力19-21
- 2.3.1 磨削力的尺寸效应20
- 2.3.2 平面磨削力公式20-21
- 2.4 磨削热21-23
- 2.4.1 磨削热扩散效应21
- 2.4.2 平均热流密度21-22
- 2.4.3 平面磨削温度场的理论计算22-23
- 2.4.4 磨削参数对磨削温度场的影响23
- 2.5 磨削中组织转变过程23-27
- 2.5.1 奥氏体转变23-25
- 2.5.2 马氏体转变25-26
- 2.5.3 回火组织转变26-27
- 2.6 影响磨削淬硬效果的主要因素27
- 2.7 本章小结27-28
- 第3章 磨削淬硬单因素实验28-49
- 3.1 实验材料28-29
- 3.2 实验条件及步骤29-32
- 3.2.1 磨削淬硬实验条件29-30
- 3.2.2 淬硬层外观形貌30
- 3.2.3 金相制作过程30-31
- 3.2.4 显微组织观察及其硬度测量31-32
- 3.3 实验结果及分析32-47
- 3.3.1 淬硬件宽度方向上宏观形貌32-33
- 3.3.2 淬硬件宽度方向上显微组织及其分布33-39
- 3.3.3 淬硬件宽度方向上显微硬度分布39-41
- 3.3.4 软化带宽度分析41-42
- 3.3.5 淬硬件深度方向上显微组织及其分布42-44
- 3.3.6 淬硬件深度方向上的显微硬度分布44-47
- 3.4 本章小结47-49
- 第4章 磨削淬硬正交实验49-64
- 4.1 实验条件及步骤49-50
- 4.2 实验结果及分析50-63
- 4.2.1 软化带宽度正交分析50-54
- 4.2.2 淬硬层深度回归分析54-60
- 4.2.3 软化带宽度回归分析60-63
- 4.3 本章小结63-64
- 第5章 磨削淬硬数值模拟64-74
- 5.1 温度场的有限元分析原理64
- 5.2 ANSYS软件介绍64
- 5.3 ANSYS热分析理论简介64-66
- 5.3.1 传热学基本理论64-65
- 5.3.2 边界与初始条件65
- 5.3.3 方程简化65-66
- 5.4 大尺寸平面磨削淬硬模型66
- 5.5 温度场仿真过程66-68
- 5.5.1 模拟仿真基本条件的确定66-67
- 5.5.2 模型的建立与网格划分67-68
- 5.5.3 移动热源的加载68
- 5.6 仿真结果68-72
- 5.7 磨削淬硬层深度预测72-73
- 5.8 本章小结73-74
- 第6章 结论与展望74-76
- 致谢76-77
- 参考文献77-80
- 在学期间发表的学术论文80
【参考文献】
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，本文编号：526596
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