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超细晶粒硬质合金磨削残余应力仿真与实验研究

【摘要】:相比普通硬质合金,超细晶粒硬质合金具有更高的硬度和强度,目前已成功应用于切削刀具、高精度模具及军工产品等领域,具有广阔的市场空间和应用前景。利用金刚石砂轮进行磨削加工是超细晶硬质合金最主要的加工方法。但磨削中由于力-热耦合作用引起的残余应力是产生裂纹等缺陷的主要原因,对此本文开展了超细晶硬质合金残余应力的实验与仿真研究,以期发现一些规律指导生产实际。本文采用高精度平面磨床开展了不同磨削参数下的超细晶硬质合金磨削残余应力实验,分析了砂轮磨粒粒度、磨削深度、工件进给速度、砂轮转速等对磨削残余应力的影响规律。实验结果表明,超细硬质合金磨削残余应力随磨削深度的增大而增大,这主要是因为随着磨削深度的增大,磨削力和磨削温度都随之增大,这势必引起力-热耦合作用下的磨削残余应力的增加;超细晶硬质合金残余应力随工件进给速度的增大而增大,但增大幅度没有磨削深度那么明显,主要是因为工件速度的增大,热源在工件表面的作用时间会相对缩短,减少了磨削热的影响;磨削残余应力随着砂轮转速的增大而减少,这主要是因为随着砂轮转速增大时,单颗磨粒的平均未变形切屑厚度减小,切屑横断面积随之减小,单颗磨粒挤光效应产生的残余压应力将减小。同时,利用有限元仿真软件ANSYS分析了磨削参数对磨削残余应力的影响,在进行有限元分析时,首先进行热分析,将热分析的结果作为一个热载荷施加到力-热耦合场中,采用可移动不变的热流密度和磨削力,将热源和磨削力在工件表面以工作台速度移动,按砂轮与工件的接触弧长将试件分为若干接触区域,每个载荷步为一个接触弧长,载荷在每一个接触弧长上的作用时间等于接触弧长除以工作台速度,工件温度全部下降到室温时,计算得出试件中的残余应力状态。并与磨削实验进行了对比分析,仿真结果表明,磨削参数对磨削残余应力的影响趋势与实验结果大致相同,仿真与实验结果误差在3.5%~10.5%之间,证明了有限元模型的准确性。

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