基于磨粒运动轨迹的端面磨削热力耦合过程分析

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磨粒加工技术,作为提高工件表面微观几何精度的工艺,一直在工业发展中占据着重要地位。与传统磨粒加工技术相比,端面磨削在加工薄片类,盘类工件领域,自动化程度高,加工效率高。但端面磨削工件表面仍存在材料去除不均匀以及平面度精度偏低等问题,加工过程中的磨削力与磨削热是影响工件表面几何精度的重要因素。针对以上问题,本文以磨粒运动轨迹为基础,建立加工过程动态磨削力与动态磨削温度场模型,结合有限元(FEM)仿真结果,重点分析加工参数对加工过程中动态磨削力、热的影响规律,进而为提高加工工件表面几何精度提供理论依据。本文的研究内容如下:(1)建立了端面磨削磨粒运动轨迹数学模型,该模型是构建动态磨削力、热模型的基础。对单颗磨粒在工件表面上的运动轨迹进行仿真分析;分析了单颗磨粒轨迹随转速比变化的分布规律;以单颗磨粒为基础,对多颗磨粒在工件表面上的运动轨迹进行仿真分析;对多颗磨粒动态速度分布进行仿真与分析;多颗磨粒动态速度与动态位置信息作为求解动态磨削力的参数输入。(2)基于端面磨削加工过程中的磨粒运动轨迹建立了动态磨削力模型。首先构建单颗磨粒磨削力的数学模型;对多颗磨粒动态未变形切削厚度进行仿真与分析;对多颗磨粒动态磨削力进行仿真与分析;分析砂轮转速、工件转速以及进给速度对磨削力的影响规律。(3)基于端面磨削加工过程中的动态磨削力建立了动态磨削温度场模型。以动态磨削力为基础,对多颗磨粒动态热流密度进行仿真与分析;采用有限差分法(FDM),构建了端面磨削加工二维传热模型;对动态磨削温度场进行仿真与分析;分析砂轮转速、工件转速以及进给速度对动态磨削温度场的影响规律。(4)采用FEM对FDM动态磨削温度场模型进行验证。构建FEM传热模型;基于多颗磨粒动态热流密度,对FEM模型进行热流密度与对流换热载荷加载,将所得动态磨削温度场仿真结果与FDM所得仿真结果进行对比分析,进一步明确加工参数对动态磨削温度场的影响规律。本文以端面磨削过程中磨粒运动轨迹为基础,构建了多颗磨粒动态磨削力和磨削温度场模型,采用FEM对FDM所求动态磨削温度场进行验证。分析可知,动态磨削力和温度场分布不均匀导致工件表面材料去除量不同,因而加工工件表面平面度精度偏低,增大砂轮转速,减小进给速度可提高加工工件平面度精度。论文工作与结论为提高端面磨削工件表面几何精度提供理论基础。
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