預加熱可控磨削強化技術及其機理研究

《預加熱可控磨削強化技術及其機理研究》是依託湖南大學，由黃向明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：預加熱可控磨削強化技術及其機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃向明
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

磨削表面強化是集成了磨削與熱處理於一體的複合加工新技術。而現有的磨削強化工藝由於磨削熱傳遞不均勻和高的溫度梯度，導致磨削強化層深度小和強化層組織穩定性差等問題，嚴重製約了該技術的工業套用。本項目提出一種導電預加熱磨削強化方法，利用導電預加熱對磨削工件進行溫度補償，使磨削表層溫度保持在穩定的淬火溫度範圍，從而提高磨削強化層的深度以及組織的穩定性。項目研究預加熱磨削強化過程中的溫度控制和補償方法；研製出基於導電預加熱的磨削裝置；深入研究磨削強化過程中的力-熱耦合機理，分析磨削工藝參數-導電加熱參數-磨削強化層質量的影響規律，揭示導電預加熱磨削表面強化層形成機理和殘餘應力控制規律，建立導電預加熱磨削強化加工理論與新工藝。通過本項目的研究，其成果為磨削表面強化工程套用提供新的思路和理論依據，對推動我國磨削技術的進步具有重要的意義。

結題摘要

磨削表面強化是集成了磨削與熱處理於一體的複合加工新技術。項目提出導電預加熱磨削強化方法，利用導電預加熱對磨削工件進行溫度補償，從而提高磨削強化層的深度以及組織的穩定性。分析了自阻加熱磨削強化原理，通過自阻加熱溫度仿真，研究了導電加熱參數對工件溫度的影響規律，加熱時間與加熱溫度的關係以及工件電阻特性。採用低壓大電流直流電源對工件加熱，研製出導電預加熱磨削裝置，確定預加熱電流。通過實驗和仿真研究了預加熱磨削強化機理，結果表明，預加熱溫度增加，磨削強化層深度明顯增加，磨削強化表面殘餘拉應力逐漸變為殘餘壓應力。 研究了微量潤滑冷卻磨削強化機理以及MQL參數對磨削強化層表面質量的影響規律，研究表明： MQL磨削強化磨削力下降，工件表面溫度降低，殘餘壓應力增加，表面粗糙度和表面形貌改善，磨削強化層硬度提高，深度略有降低。 研究了磨削強化中磨削力動態變化情況，建立磨削強化的磨削力數學模型；提出了基於分段變磨削力的磨削強化層及殘餘應力仿真方法，採用力-熱-相變耦合的方法分析磨削工件表面的磨削溫度場和應力場，建立磨削強化層深度及殘餘應力預測模型；研究了磨削工藝參數及預加熱溫度對磨削強化層深度及殘餘應力的影響規律，結果表明：（1）磨削切入段，由於實際磨削深度小，磨削力和磨削溫度相應較低，磨削強化層較淺；中間階段磨削強化層逐漸增加並趨於穩定；切出段末端磨削強化層由於熱量的大量積累而有所增加。（2）分段變磨削力法能更加準確地仿真磨削強化層深度的分布規律。提出了磨削強化層均勻性改善方法，通過在工件切入端安裝304不鏽鋼墊片，利用304不鏽鋼具有電阻率大、導熱係數小的特性，達到對工件切入端進行溫度補償的目的，以提高磨削表面強化層均勻性。 通過上述研究，課題組完善了相關磨削強化理論，相關成果為磨削表面強化工程套用提供新的思路和理論依據，對推動我國磨削技術的進步具有重要的意義。