磨削温度科研报告

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1、第1章磨削温度研究概述1.1磨削温度研究的的现状及其发展趋势1.1.1热模型的发展其现状1、国外情况早在50年代，Outwater和Shaw基于剪切面移动热源理论建立了热量传递给工件的热源模型。Hahn提出了热量产生在磨粒磨损平面上的理论，认为热量的产生可以通过考虑磨损平面上的力和忽略剪切面上的力来进行精确描述。Malkino发现实际热源长度是几何接触长度的2～3倍。Qi发现接触长度可以由几何接触长度和由于接触力产生的弹性接触长度来进行预测。不过，Malkino的研究结果表明在几何接触长度内有超过2/3的能量进入工件。因此，对模型进行了合适的调整，建议使

2、用几何接触长度来计算。DesRuisseaux发现对于典型的Pecle数和对流换热系数，重要的对流冷却将不发生在接触区。Howse也发现当磨削区的温度超过磨削液的沸腾温度时，磨削液的沸腾膜严重地限制了冷却。因此得出结论，对于浅磨削，磨削液的重要性是由于更有效的润滑来减少磨削力和磨削温度的[1]。Malkino经过试验得出结论:切屑带走的最大能量受熔化所需的能量限制。因此，提出滑擦、耕犁和切削能可以被分别定义。Pettit基于砂轮材料的复合体特性建立了一个热源模型，此模型提供了确定能量传递给工件的比率Rw的一种简便方法。Blank研究发现对于大多数含铁材料

3、，在回火颜色发生时往往伴随着表面的严重损伤，一般回火颜色发生的临界温度在450℃至500℃。Hahn的平面模型给出了最大可能传递给磨粒的能量。Blank的结果表明40°圆锥角的圆锥模型等于平面模型。因此建议使用Hahn的磨粒模型。Rowe在前人研究的基础上综合了较多的磨削参数建立了一种简化的传热模型，此模型考虑了砂轮和工件的热特性、砂轮的锋利程度、砂轮和工件的速度、切深以及接触长度影响，C.Guo在Rowe模型的基础上做了改进，建立了一个新的模型，此模型考虑了磨削液的影响，通过分别考虑热传递给磨粒和磨削液来确定分配率。2、国内情况我国学者也很早就开展了磨

4、削温度的理论研究。早在60年代，哈工大的侯镇冰，上海交通大学的贝季瑶等人就开始了磨削温度的理论研究。贝季瑶用实验方法肯定了按ｌ=Ｄ·ｔ作为磨削区接触弧长的合理性，然后根据实际情况的分析，提出了热源强度在沿接触弧长上为三角形分布的假设，从而分别按单向导热和双向导热推导了计算磨削区温度的公式。东北大学在磨削温度方面的研究成果比较显著:蔡光起教授在研究高速重负荷钢坯修磨时建立了钢坯修磨热模型；高航教授在研究断续磨削时分别建立了卧轴周边断续磨削和立轴端面断续磨削的热源模型；金滩博士在研究高效深切磨削技术时，对高效深磨的传热机制进行了系统的理论研究，分别用均布和三

5、角形分布热源假设，建立了倾斜移动热源的三种传热模型。下表1列出了近几十年来磨削热模型的发展。表1－1磨削热模型的主要发展[2]1.1.2磨削温度研究的发展趋势目前，磨削温度的测量还不是一项十分成熟的技术，它本身还处在不断的探索、完善与发展之中，不管是对哪一种磨削温度，要真正测准一个数据都不是一件容易的事情。在磨削热模型方面，虽然许多学者已根据不同的磨削条件建立了相应的磨削热模型及其计算方法，但阐述尚不能令人完全满意。例如磨粒模型和接触区模型所考虑的因素还不够全面。在温度测量方面，测量仪器及测量方法还有待进一步的发展[3]。目前，高速及超高速磨削技术的迅速

6、发展为磨削温度的研究提供了新的领域，同时也提出了新的要求。大致有以下几个方面亟需发展：1、有限元法在磨削温度场研究中的应用和进一步的发展，例如Ansys在磨削热分析方面的应用。2、在给定的工艺条件下准确确定热量传给工件的比例R的方法。3、磨料、工件材料热特性数据库的丰富。4、综合考虑砂轮磨料、磨削液、磨屑等对磨削温度的影响。5、液氮超低温加工状态下工件的温度分布情况。6、能够综合反映不同磨削过程的热模型及能对磨削温度进行动态仿真的软件的建立。7、测量温度的实验方法及设备的改进。8、液氮超低温加工状态下工件的温度分布情况。随着现代磨削技术的不断发展，磨削温

7、度的研究也得到了迅速的发展；而磨削温度理论的深入研究必将进一步推动磨削技术的发展并为生产实践和磨削新技术的应用提供更为完善的理论基础。1.2研究磨削温度的意义磨削加工是一种重要的加工工艺，它被广泛应用于高精度和高光洁度工件的生产过程中。与其他加工工艺相比，磨削加工切除单位体积材料时需要非常高的能量输入，这些能量几乎全部转化为热量集中在磨削区内，导致磨削区的温度升高。当磨削温度较高时，会使零件表层金相组织发生变化，甚至出现磨削烧伤和磨削裂纹。据资料记载，磨削时切下单位体积切屑所消耗的动力能可以达到普通切削时的10——20倍，且所消耗的动力能中有70%——8

8、0%（普通切削时仅约10%）会以热能的形式进入工件的，如此大的磨削热传入工件势必