缓进给磨削热模型及能量分配比率.pdfVIP

精密制造与 自动化 2014年第3期 缓进给磨削热模型及能量分配 比率 马宏亮 李长河 (青岛理工大学 机械工程学院 山东青岛 266033) 摘 要 介绍了在磨削过程中的主要限制因素之一一热损伤。通过分析和掌握影响磨削温度的多种因素，计算了 磨削温度的关键因素一能量的分配。分析了工件在缓进给磨削中的磨削热，并建立了二维传热模型，详细介绍了 磨削区中的最高温升模型、工件表面的热流量模型以及能量分配 比率模型，得出了产生热损伤的最高临界温度及 其影响因素。 关键词 缓进给磨削 磨削区 温度 磨削热 能量分配比率 在磨削过程 中，去除单位材料体积需要消耗 源将沿工件表面移动。在磨削区内，砂轮与工件表 较高的能量 。在砂轮与工件表面相互作用的磨削 面相互作用，此时被消耗的磨削能量被认为全部转 区处，这些能量几乎全部被作为热量耗散 ，这可 换为热量。用来计算温度响应的关键性临界参数是 能会引起不同类型的相变热损伤，例如烧伤、金 工件 的能量分配比率，能量分配 比率取决于磨削的 相组织的变化、表面层的软化处理 (回火)、不利 类型、砂轮和工件的材料以及磨削条件 。 的残余拉应力、磨削裂纹 以及疲劳强度降低 。因 磨削过程中的热分析和磨削温度对热损伤的影 磨削而造成的热损伤是影响工件质量和限制生产 响是研究磨削加工的关键，可 以对外圆及平面磨 率的主要因素之一，因此了解和掌握影响磨削温度 削过程 中的可动热源进行分析 。通过考虑切屑形 的根本原因是很重要的。 成、耕犁 以及 以热量的形式传递给工件表面的滑动 从 1950年所报道的硬化钢表面的金相分析，表 的热量。能量分配最初来 自于磨削能量模型，该模 明了磨削伤害是产生热量的来源 。随后把工件表面 型忽略了磨削区冷却液的作用，磨削温度超过 了磨 的实际磨削温度与金相组织变化进行了第一次尝试 削液的烧伤温度是合乎情理的。利用对流传热的 试验 。嵌入式热 电偶可用来测量淬硬轴承钢磨削工 方法，能量对应的临界表面温度依据磨削参数而 件表面层的温度，其他很多方法也已经被应用，比 定，从而使热损伤得到同步的控制。对于传统的浅 如采用热电偶或是辐射传感器来测量磨削温度 。因 切磨削，能量分配通常占60％~85％。相比之下，对 为在时间上或是在接触表面的空间上温度梯度 比较 低工作速度和大深度 的切削来说能量分配要小 极端 ，所 以在解释这样的测量时有很多困难。采用 得多，一般为 5％或是更少。这表明，这种低能量 嵌入式热 电偶或是利用光纤红外热辐射传感器对 分配可以归因于磨削区的磨削液冷却。在磨削过程 工件表面温度 的测量，都能得到非常满意的结果， 中，源源不断的冷却液可以有效地避免热损伤 。无 已经证明所有的这些温度测量技术与给出的结果相 论是复合还是单颗粒热模型都可 以解释在能量分配 一 致 。 中冷却液的作用效果。此外，在缓进给磨削中，相 在磨削过程中，能量的消耗会使温度产生变化。 对于较长的工件砂轮接触长度而言，工件通常是比 一 般而言，在磨削过程 中的能量或功率消耗是不受 较短的，因此瞬态热分析也非常必要 。 控制的输出量。在生产环境下，温度测量的研究方 法对于识别和控制磨削温度来说并不切实可行，一 1 缓进给磨削中的热源问题 般仅限于试验室。当磨削功率的过程监控与磨削过 在缓进给磨削中，采用了非常慢 (蠕变)的