基于微晶刚玉磨粒切削的20CrMnTi齿轮钢磨削机理研究

为了研究微晶刚玉砂轮对20CrMnTi低碳合金钢的磨削机制与磨削力规律,采用单颗微晶刚玉磨粒划擦实验模拟20CrMnTi钢的磨削加工过程,进而推导出了单颗磨粒划擦的磨削力数学模型公式。研究表明:20CrMnTi钢划痕呈现显著的塑性去除形式,且划擦过程伴随着显著的力值特征。法向力与切向力均随着划擦深度、进给速度的增大而增大,划擦深度对磨削力的作用更明显。单颗磨粒的磨削力源于切屑变形和摩擦,切屑变形引起的法向力和切向力之比为0.75,磨粒顶部与材料的摩擦系数为0.46。

微晶刚玉磨粒磨削20CrMnTi钢的数值模拟研究

为了研究微晶砂轮磨削20CrMnTi钢的磨削性能与磨削机理,开展了单颗微晶刚玉磨粒高速磨削模拟试验。研究表明:磨削热使磨削表面产生较高温度,同时使工件表层生成较大变化的温度场梯度,造成表层的残余应力分布变化。此外,还着重阐述了磨削速度、磨削深度两个因素对温度、变质层深度、残余应力等物理量的影响机制。随着磨削速度和磨削深度的不断增大,磨削温度会增大;表面残余压应力却将逐渐减小,甚至可能转变为残余拉应力。随着磨削速度的增大,变质层深度先增大后减小。随着磨削深度增大,变质层深度增大。

单颗刚玉磨粒切削齿轮钢温度场仿真研究

针对单颗磨粒试验法对于磨削温度的研究存在局限性,建立了单颗刚玉磨粒切削齿轮钢的ABAQUS仿真模型和磨粒-工件的热传导模型,利用数值模拟技术研究了单颗磨粒切削过程的温度场,分析了不同的磨粒特性和工艺参数下工件的最高温度的变化;仿真结果可知,切削过程工件的最高温度出现在第二温度区磨粒前刃与工件接触处,切削温度场最高温度随时间趋势呈现先增大后降低至稳定值的特点,切削深度与磨粒锥角对于切削最高温度均有正作用;而当切削速度小于50m/s时,最高温度随速度递增,切削温度对切削最高温度的作用以50m/s为临界,在切削大于50m/s时,切削最高温度出现下降的趋势。

20CrMnTi钢齿面局部点磨削力实验

为研究20Cr Mn Ti钢齿面局部点磨削过程的磨削机理,建立了20Cr Mn Ti钢齿面局部点磨削实验系统,提供了一种探索磨齿机理的模拟手段,跟踪观察了齿面划痕的磨削效果和微观形貌,拟定正交试验条件,测量了不同试验条件下局部点磨削过程的磨削力变化。结果表明:磨痕显微形貌存在明显的塑性隆起、应变硬化和热软化迹象;试件磨削力随着磨削速度的增大而减小,却随着进给速度和磨削深度的增大而增大;相对于法向磨削力,进给速度对切向磨削力的作用更为显著。

基于微晶刚玉砂轮的20CrMnTi齿轮成型磨削表面完整性

为研究微晶刚玉砂轮成型磨削20CrMnTi齿轮的表面完整性,开展了20CrMnTi齿轮成型磨削试验,分析了砂轮线速度、轴向进给速度及径向进给量对齿面粗糙度、表层/次表层显微硬度、微观组织和残余应力的影响规律,探讨了由磨削引起的磨削烧伤、微观裂纹等损伤缺陷的形成机理,结果表明：径向进给量对表面粗糙度的影响最显著,砂轮线速度次之,轴向进给速度最不显著;磨削温度过高会导致磨削烧伤,淬火烧伤使得表面硬度提高5%~20%,回火烧伤则导致表面硬度不同程度地下降;表层组织从外至内分别为白层、暗层和基体组织,白层主要由致密的马氏体＋碳化物＋残余奥氏体组成;砂轮线速度和径向进给量的增大使得由磨削引起的残余拉应力增大,表面残余压应力下降并逐渐向拉应力转变,当表面最终残余拉应力大于材料的断裂强度时,表面产生微观裂纹.

小砂轮轴向大切深缓进给磨削的磨损特征

为了探讨小砂轮轴向大切深缓进给磨削技术的磨损特征和加工机理,对砂轮磨损情况、已加工表面和断面显微形貌等方面开展了研究。结果表明:氮化硅(Si3N4)陶瓷的已加工表面显微形貌存在塑性去除痕迹;断面形貌除20~50μm的变质层厚度存在裂纹缺陷外,基体部分未发现宏观裂纹;金刚石小砂轮的主切削区、过渡切屑区和修磨区存在的摩擦磨损、磨粒破碎和结合剂破碎3种基本耗损特征不同;砂轮磨损随着磨削深度、工件转速、进给速度的增大而增大,但随砂轮转速的增大而减小,且磨削深度影响作用最显著。