Cr12MoV模具钢磨削温度场及残余应力研究

发布时间：2017-09-10 18:37

  本文关键词：Cr12MoV模具钢磨削温度场及残余应力研究

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【摘要】：磨削加工作为机械制造中提高产品精度、可靠性以及延长使用寿命的一种重要的加工工艺,广泛应用于各类制造业中。目前,随着高硬度、高强度、高耐磨性、高性能新型材料的大量使用,给磨削加工带来了更多新的挑战。由于磨削加工存在较高比磨削能,磨削过程中将导致工件磨削区温度过高,从而引起磨削工件表面产生烧伤、热应力-应变耦合作用的急剧变化将会导致磨削后工件残余应力的产生,引起产品的破坏。为了避免上述情况的产生,有必要对磨削温度和磨削后残余应力进行分析与讨论。本文选取Cr12MoV模具钢,采用数值仿真与实验分析相结合的方法对平面磨削进行研究,其主要工作如下:(1)对磨削过程中的相关理论与计算进行了研究。以传热理论为基础对瞬态温度场磨削温度场进行分析,对影响磨削温度场模型的相关参数进行介绍,重点对磨削力、磨削热量分配比、磨削移动热源进行了研究,为后面进一步对磨削温度场及残余应力研究奠定了理论基础。(2)利用ANSYS14.5中APDL参数化设计语言,采用了矩形热源模型,对不同的磨削工况下磨削温度场进行3D有限元仿真,绘制了三组工艺参数对温度场影响曲线图。结果表明:磨削温度随着磨削深度从0.05mm增加至0.20mm、砂轮速度由25r/s提高到40r/s过程中,磨削区温度明显升高;工件速度由0.10m/s提高到0.30m/s的过程中,温度场变化不明显。(3)利用热弹塑性有限元方法,忽略材料相变的影响,对Cr12MoV模具钢平面磨削热力耦合场进行了分析,得到了磨削后工件的残余应力分布图。结果表明:磨削表面同时存在残余压应力与拉应力,其大小随着磨削深度、工件速度的增大而增大,随着砂轮速度的增大却减小;沿着深度方向,残余压应力逐渐减小。(4)针对Cr12MoV模具钢的平面磨削进行了相关参数的实验,主要包括实验试件、实验磨床、磨削砂轮等的选取,同时针对热电偶测量温度原理进行了相关的介绍,测试了不同参数下磨削的磨削力和磨削温度,其结果与仿真误差较小,有效地验证了仿真的正确性。
【关键词】：Cr12MoV模具钢 磨削温度场 残余应力
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 Cr12MoV模具钢材料性能10-11
• 1.3 磨削温度场的数值模拟研究现状11-13
• 1.4 残余应力研究现状13-14
• 1.5 本论文的主要研究工作14-16
• 第2章 磨削温度场的理论分析与研究16-29
• 2.1 传热学理论基础16-18
• 2.1.1 传热的基本方式16
• 2.1.2 热微分方程和三类边界条件16-18
• 2.2 磨削温度18-19
• 2.3 磨削力的研究19-21
• 2.3.1 磨削力理论公式20-21
• 2.3.2 磨削力经验公式21
• 2.4 磨削热量分配比的理论研究21-24
• 2.4.1 Rowe模型22-23
• 2.4.2 Ramanath模型23
• 2.4.3 Lavine模型23-24
• 2.5 两种理论热源模型24-28
• 2.5.1 均匀热源25-26
• 2.5.2 三角形热源26-27
• 2.5.3 热流分布对磨削区域的温度影响27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 Cr12MoV模具钢磨削温度场的有限元仿真29-40
• 3.1 建立磨削温度场有限元方程29-31
• 3.1.1 温度场的平衡方程29-31
• 3.1.2 瞬态温度场的有限元模型31
• 3.2 Cr12MoV模具钢平面磨削温度数值仿真31-33
• 3.2.1 磨削模型假设32
• 3.2.2 磨削工况32-33
• 3.2.3 相关计算33
• 3.3 建立磨削热分析模型33-35
• 3.3.1 单元建立33-34
• 3.3.2 划分网格34
• 3.3.3 平面磨削温度场的加载和求解34-35
• 3.4 Cr12MoV模具钢磨削温度场的仿真结果及后处理35-36
• 3.5 磨削工艺参数对Cr12MoV模具钢磨削温度的影响36-39
• 3.5.1 磨削深度对温度场的影响36-37
• 3.5.2 砂轮速度对温度场的影响37-38
• 3.5.3 工件速度对温度场的影响38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 磨削残余应力仿真与研究40-53
• 4.1 磨削残余应力基本理论40-42
• 4.1.1 应力应变原理40-41
• 4.1.2 材料本构关系41-42
• 4.2 残余应力影响因素42-45
• 4.2.1 热应力塑性变形效应43-44
• 4.2.2 机械应力塑性变形效应44-45
• 4.2.3 表面层金属相变影响45
• 4.3 残余应力命令流与分析结果45-50
• 4.3.1 命令流45-46
• 4.3.2 ANSYS残余应力分析结果46-50
• 4.4 磨削工艺参数对残余应力的影响分析50-52
• 4.4.1 磨削深度对磨削残余应力的影响50-51
• 4.4.2 砂轮速度对磨削残余应力的影响51
• 4.4.3 工件速度对磨削残余应力的影响51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 Cr12MoV模具钢磨削温度场实验53-62
• 5.1 实验材料及其性能53-54
• 5.2 实验设备和条件54-58
• 5.2.1 磨床54-55
• 5.2.2 砂轮的选取和修整55-57
• 5.2.3 磨削力的测量57-58
• 5.3 实验方案设计58-59
• 5.4 磨削温度实验59-61
• 5.4.1 测温原理59
• 5.4.2 人工热电偶的制作59-60
• 5.4.3 温度测量结果60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间发表的主要研究成果68

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本文编号：825986