冠型软固结磨粒气压砂轮接触应力分析与试验研究

发布时间：2017-08-07 14:00

  本文关键词：冠型软固结磨粒气压砂轮接触应力分析与试验研究

  更多相关文章： 冠型气压砂轮 大型激光强化模具 材料均匀去除 接触应力 高效光整

【摘要】：激光强化技术可大幅提高模具表面的硬度和耐磨性,因而在模具制造业中得到越来越广泛的应用。为了改善半球型气压砂轮光整加工过程中接触应力分布不均匀而导致的激光强化模具表面光整效率低、面形精度难以控制等问题。本文结合现有直径40mm的半球型软固结磨粒气压砂轮的研究,通过仿真及实验对比获得一种高效高精度的冠型软固结磨粒气压砂轮,并分析了更大尺寸结构的冠型砂轮在光整中的接触应力分布特性,从而实现汽车大型覆盖件模具激光强化表面的高效精密光整加工。具体研究内容如下:1)通过气压砂轮的非线性特性分析,确定气压砂轮的本构模型采用麦克斯韦模型,为气压砂轮仿真模型的建立提供理论依据。通过光整加工约束条件的分析对冠型气压砂轮进行了结构设计,并利用气压砂轮接触力学性能测试对其结构进行了初步优化。2)通过气压砂轮动态接触过程中柔性变形的分析,建立了砂轮旋转变化下的应力应变关系式,用于描述砂轮加工应力变化的动态过程。研究分析得出气压砂轮的层间结合满足完全连续界面的条件,为气压砂轮仿真模型的简化提供理论支撑。通过气压砂轮与工件接触区域速度场分析得到:接触区内各点切向线速度呈非线性递增趋势,因而需要接触应力分布沿接触半径增大的方向均匀递减,以获得均匀一致的材料去除率。3)通过仿真对比冠型与已有的半球型砂轮模型,获得球面半径R25与R30的冠型砂轮接触区域应力分布近似呈圆形且数值均匀呈高斯型分布,有效克服了半球型砂轮接触中心区域应力缺陷的现象;进一步通过材料去除率的分析对比优选出R25冠型砂轮。将优选出的冠型砂轮结构尺寸成倍扩大后进行仿真实验得出:随着砂轮尺寸的扩大,接触应力分布的区域范围均匀递增,从而有效增大光整加工面积。4)对比半球型与冠型砂轮在不同压缩量下的光整试验效果,通过测量试验后模具表面的形貌和粗糙度值,说明采用冠型软固结磨粒气压砂轮可以针对激光强化自由曲率模具达到材料均匀去除的目的,同时可有效提高光整效率与砂轮使用寿命,从而验证仿真结果。进一步对比成倍扩大后的冠型砂轮光整试验效果,不仅验证得出扩大后的冠型砂轮提高了光整效率,同时也很大地改善了加工表面质量,最终获得平均表面粗糙度达到30~33nm的高精度激光强化加工表面,从而实现大型汽车覆盖件激光强化模具的高效高精密光整加工。本文的研究思路及成果为更大尺寸结构的冠型气压砂轮实现激光强化模具表面的纳米级精度光整加工提供了一定的理论指导意义,具有一定的技术借鉴价值。
【关键词】：冠型气压砂轮 大型激光强化模具 材料均匀去除 接触应力 高效光整
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG743
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 论文选题来源11
• 1.2 论文的研究背景及意义11-13
• 1.3 大型激光强化模具表面激光淬火加工技术13-15
• 1.4 大型激光强化模具表面光整加工技术15-22
• 1.4.1 磨削加工技术16-17
• 1.4.2 研磨加工技术17-18
• 1.4.3 流体抛光加工技术18-20
• 1.4.4 气囊抛光加工技术20-22
• 1.5 本文研究的主要内容22-24
• 第2章 冠型气压砂轮设计24-42
• 2.1 引言24
• 2.2 气压砂轮的非线性特性24-28
• 2.2.1 材料非线性25-27
• 2.2.2 几何非线性27
• 2.2.3 接触非线性27-28
• 2.3 气压砂轮的本构模型28-34
• 2.4 冠型气压砂轮的结构设计34-38
• 2.5 冠型气压砂轮接触力测试与初步结构优选38-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 冠型气压砂轮接触应力分析42-72
• 3.1 引言42
• 3.2 弹性体系力学分析42-49
• 3.2.1 弹性体系动态力学分析42-44
• 3.2.2 层间弹性体系力学分析44-49
• 3.3 气压砂轮非线性动力学LS-DYNA软件分析49-53
• 3.3.1 工程参数设置49-50
• 3.3.2 实体建模50
• 3.3.3 网格划分50-51
• 3.3.4 创建部件与定义接触51-52
• 3.3.5 施加载荷、约束和求解52
• 3.3.6 ANSYS/LS-DYNA后处理52-53
• 3.4 冠型气压砂轮接触应力分析53-71
• 3.4.1 冠型与半球型气压砂轮的接触应力分布对比分析55-66
• 3.4.2 不等径冠型气压砂轮的接触应力仿真分析66-71
• 3.5 本章小结71-72
• 第4章 冠型气压砂轮的试验研究72-80
• 4.1 引言72
• 4.2 光整实验平台与方案设计72-73
• 4.2.1 光整实验平台设计72-73
• 4.2.2 实验方案73
• 4.3 冠型与半球型气压砂轮光整试验分析73-76
• 4.4 不等径气压砂轮光整试验分析76-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第5章 总结与展望80-82
• 5.1 论文的研究内容与贡献80-81
• 5.2 未来工作展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果87

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本文编号：634980