ANSYS高速磨削温度场数值模拟+CAD图纸(4)

菜单

1970年美国的本迪克斯公司曾生产了91m/s切入式高速磨床。1993年，美国的Edgetek Machine公司首次推出的超高速磨床，采用单层CBN砂轮，圆周速度达到了203m/s、用以加工淬硬的锯齿等可以达到很高的金属切除率。美国Connectient大学磨削研究与发展中心的无心外圆磨床，最高磨削速度250m/s，主轴功率30kW，修整盘转速12000r/min，砂轮自动平衡，自动上料。目前美国的高效磨削磨床很普遍，主要是应用CBN砂轮。可实现以160m/s的速度75mm³/mms的切除率，对高温合金Inconel718进行高效磨削，加工后达Ra1～2µm，尺寸公差±13µm。另外采用直径400mm的陶瓷CBN砂轮，以150-200m/s的速度磨削，可达到Ra0.8µm，尺寸公差±2.5-5µm。美国高速磨削的一个重要研究方向是低损伤磨削高级陶瓷。传统的方法是采用多工序磨俐，而高速磨削试图采用粗精加工一次磨削，以高的材料去除率和低成本加工高质量的氮化硅陶瓷零件。

日本高速磨削技术在近20年来发展迅速，1976年，在凸轮磨床上开始应用CBN砂轮进行40m/s的高速磨削，1985年前后，在凸轮和曲轴磨床上，磨削速度达到了80m/s。1990年后，开始开发160m/s以上的超高速磨床。目前，实用的磨削速度已达到了200m/s。400m/s的超高速平面磨床也已经研制出，该磨床主轴最大转速3000r/min，最大功率22kW，采用直径250mm的砂轮，最高周速达395m/s。并在30-300m/s速度范围内研究了速度对铸铁可加工性的影响。日本的丰田工机、三菱重工、冈本机床制作所等公司均能生产应用CBN砂轮的超高速磨床，日本的三菱重工推出的CA32-U50A型CNC超高速磨床，采用陶瓷结合剂CBN砂轮，圆周速度达到了200m/s。

1.2.2 国内外磨削温度场热源模型的建立及发展 [3]

（1）国外磨削温度场热源模型的建立与成就

（2）国内磨削温度场热源模型的建立与成就

1.2.3 国内外关于有限元法在磨削温度场中的分析及应用[4]

1.3 高速磨削温度场数值模拟研究的目的和意义

磨削加工是一种能耗比较高的加工方法。随着近代机械制造业的飞速发展，各种高强度和难加工材料的广泛使用，以及对零件制造质量和表面精度要求的提高，磨削加工工艺获得了越来越广泛的应用和迅猛的发展。磨削时现代机械制造业中进行精密加工、超精密加工，对不锈钢、高温合金、钛合金、喷涂层及工程陶瓷等难加工材料进行加工的重要手段。

但是，由于磨削过程发热量大，脱落的磨粒和磨屑从磨削区排出比较困难，磨削液也难以进入磨削区进行有效的冷却，就造成很高的磨削温度。严重的情况下，在工件表面产生热裂纹、热相变、热残余应力等磨削热损伤，工件形状发生扭曲。另一方面，磨削区的磨削热，不仅影响到工件，也影响砂轮的使用寿命。

高速磨削是一种先进的加工技术，它通过提高砂轮线速度来达到提高磨削效率和磨削质量。高速磨削与普通磨削的区别在于很高的磨削速度和进给速度，一般砂轮线速度vs高于80m/s就属高速磨削。

磨削速度作为一个重要的磨削参数，对磨削输出如磨削效率、工件表面质量、砂轮磨损量、磨削区发热量及其热分配比例等都有重要的影响。而在磨削加工过程中，被切削金属层较薄，与切削加工时相比，被切金属层薄几十倍至几百倍。如此小的切削厚度使得比切削力很大、比能很高并产生大量的热量，其中60%～95%的热量被传入工件，仅有不到10%的热量被切屑带走。这些传入工件的热量在高速磨削过程中常常来不及传入工件深处而聚集在工件表面层形成局部高温，工件表面温度可达1000℃以上，并在表面层形成极大的温度梯度(可达600～1000℃/mm)。因此，磨削的热效应对工件的表面质量和使用性能有极大影响。特别是当温度在界面上超过某一临界值时会引起表面的热损伤(包括表面的氧化、烧伤、残余应力和裂纹)，其结果将会导致零件的抗磨损性能降低，应力锈蚀的灵敏性增加，抗疲劳性能下降，从而降低零件的使用寿命和工作可靠性。此外，磨削周期中工件的累积温升，也会导致工件产生尺寸及形状精度误差。【5】