珩磨工艺参数对温度场的影响研究
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珩磨工艺(Honing Process)是磨削加工的一种特殊形式,又是精加工中的一种高效加工方法。
这种工艺不仅能去除较大的加工余量,而且是一种提高零件尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度的有效加工方法,在汽车零部件的制造中应用很广泛。
珩磨加工原理珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石,由涨开机构(有旋转式和推进式两种)将油石沿径向涨开, 使其压向工件孔壁,以便产生一定的面接触。
同时使珩磨头旋转和往复运动,零件不动;或珩磨头只作旋转运动,工件往复运动,从而实现珩磨。
在大多数情况下,珩磨头与机床主轴之间或珩磨头与工件夹具之间是浮动的。
这样,加工时珩磨头以工件孔壁作导向。
因而加工精度受机床本身精度的影响较小,孔表面的形成基本上具有创制过程的特点。
所谓创制过程是油石和孔壁相互对研、互相修整而形成孔壁和油石表面。
其原理类似两块平面运动的平板相互对研而形成平面的原理。
珩磨时由于珩磨头旋转并往复运动或珩磨头旋转工件往复运动,使加工面形成交叉螺旋线切削轨迹,而且在每一往复行程时间内珩磨头的转数不是整数, 因而两次行程间,珩磨头相对工件在周向错开一定角度,这样的运动使珩磨头上的每一个磨粒在孔壁上的运动轨迹亦不会重复。
此外,珩磨头每转一转,油石与前一转的切削轨迹在轴向上有一段重叠长度,使前后磨削轨迹的衔接更平滑均匀。
这样,在整个珩磨过程中,孔壁和油石面的每一点相互干涉的机会差不多相等。
因此,随着珩磨的进行孔表面和油石表面不断产生干涉点,不断将这些干涉点磨去并产生新的更多的干涉点,又不断磨去,使孔和油石表面接触面积不断增加,相互干涉的程度和切削作用不断减弱,孔和油石的圆度和圆柱度也不断提高,最后完成孔表面的创制过程。
为了得到更好的圆柱度,在可能的情况下,珩磨中经常使零件掉头,或改变珩磨头与工件轴向的相互位置。
需要说明的一点:由于珩磨油石采用金刚石和立方氮化硼等磨料,加工中油石磨损很小,即油石受工件修整量很小。
因此,孔的精度在一定程度上取决于珩磨头上油石的原始精度。
在压铸生产过程中,模具温度随压铸周期呈周期性的升降,使模具表面产生周期性的热膨胀、收缩及热应力,最终导致模具热疲劳失效。
为了优化工艺方案,保证铸件质量,提高模具使用寿命,对压铸过程温度场进行了定性的分析,研究工艺条件和模具结构对压铸模具温度场的影响。
压铸生产过程是周期循环性的复杂过程,模具温度受多种工艺条件以及模具结构的影响。
如金属的充填速度与浇注温度,模具的预热温度,模具加热与冷却系统的设计,浇口的位置和尺寸设计等。
本课题针对A380合金汽车轮毂压铸件,运用有限元分析软件ProCAST,对压铸模进行了压铸过程温度场分析,用对比的方法定量地研究了不同的冷却条件对模具温度场的影响济南票务。
1模拟分析系统和材料热物性参数试验采用Pro/E几何造型,运用ProCAST软件进行模拟系统网格划分和数值计算,有限元分析模型见图1。
其中铸件材料为A380,其热物性参数见表1。
模具材料为H13钢,其热导率和比热容不高,随温度变化而变化,变化范围为20~500℃时,热导率为25~27.3W/(m?K);20~400℃时,比热容为0.4588~0.58776kJ/(kg?K);密度为7.367×103kg/m3。
2数学模型与边界条件2数学模型根据压铸生产的传热特点,可将一个压铸循环过简化为4个阶段:金属液充型、凝固、开模、顶出铸件;喷涂料;合模,等待下次浇注。
该铸件4个阶段的时间分别为:205、20、10、15s。
由于各个阶段的传热系数不同,铸型温度场分析采用三维不稳定导热偏微分方程,即式中,Q为密度;Cp为比热容;τ为时间;t为温度;λ为热导率。
3边界条件由于模具的开合,模具的换热边界条件随时间和压铸阶段的不同而变化,在模拟计算中要根据实际压铸阶段确定相应的边界条件。
试验边界条件设置如下:模具与模具界面传热系数为1000W/(m2?K);模具与铸件界面传热系数为1500W/(m2?K);模具与空气传热系数为10W/(m2?K);涂料与模具传热系数为600W/(m2?K);空气温度为20℃。
缸孔珩磨表面微观质量评定方法的制定及应用缸孔珩磨表面微观质量对汽车发动机性能的影响极大,因此制定一套合理的质量评定方法对提高发动机品质至关重要。
本文将简要介绍缸孔珩磨表面微观质量评定方法的制定及应用。
首先,缸孔珩磨表面微观质量评定方法的制定需要根据实际生产情况和技术要求进行,主要包括以下几个方面:1. 确定评定标准。
评定标准应该具有实际意义和可操作性,能够反映产品的质量状况,并最大限度地避免主观判断。
2. 确定评定指标。
评定指标是评定标准的细化,需要结合相关工艺参数和加工特征,选取能够客观反映表面微观质量的参数。
3. 确定检测设备和方法。
缸孔珩磨表面微观质量评定需要用到金相显微镜、扫描电镜等先进的检测设备,并结合图像分析技术进行评定。
在确定了评定方法后,需要进行实际应用,并与现有质量管理体系相结合。
在实际应用过程中,需要注意以下几个问题:1. 确定检测点位和样本数量。
检测点位应该覆盖整个生产过程中容易影响缸孔珩磨表面微观质量的环节,并根据质量管理体系要求,合理选取样本数量。
2. 考虑检测误差。
缸孔珩磨表面微观质量评定需要考虑检测误差对结果的影响,因此需要根据标准要求,设置检测误差范围,并在评定过程中进行校正。
3. 分析评定结果。
评定结果需要进行专业的分析,结合生产工艺和质量管理体系进行综合评价,并提出相应的改进措施。
综上所述,缸孔珩磨表面微观质量评定方法的制定和应用对提高发动机品质至关重要。
只有建立科学合理的评定方法,才能够有效地保证发动机的性能和可靠性,为汽车工业的发展做出更大的贡献。
缸孔珩磨表面微观质量评定方法的制定和应用,需要对缸体珩磨加工工艺有深入的理解和掌握。
缸体珩磨是缸体加工中的重要工序,主要目的是将缸体内壁表面进行磨削处理,使其表面粗糙度、圆度和直度等参数达到要求,保证缸体内部的密封性和平衡性。
然而该工艺过程是一个非常复杂的过程,包括确定砂轮类型、砂轮参数、切削速度、切削深度、冷却液流量等多个参数。
珩磨工艺原理 Prepared on 22 November 2020珩磨工艺原理一、珩磨工艺原理珩磨是磨削加工的特殊形式,又是精加工中一种高效加工方法。
这种工艺不仅能往除较大的加工余量(在50年代珩磨还是作为抛光用),而且是一种高精密零件尺寸、几何外形精度和表面粗糙度的有效加工方法。
(一)珩磨加工的特点:1.加工精度高:特别是一些中小型的光通孔,其圆柱度可达以内。
一些壁厚不均匀的零件,如连杆,其圆度能达。
对于大孔(孔径在200mm以内),圆度也可达,假如没有环槽或径向孔等,直线度在以内也是有可能的。
珩磨比磨削加工精度高,磨削时支撑砂轮的轴承位于被珩孔之外,会产生偏差,特别是小孔加工,磨削比珩磨精度更差。
珩磨一般只能改变被加工件的外形精度,要想改变零件的位置精度,需要采取一些必要的措施。
如用面板改善零件端面与轴线的垂直度(面板安装在冲程臂上,调它与旋转主轴垂直,零件靠在面板上加工即可)。
表面为交叉网纹,有利于润滑油的存储及油膜的保持。
有较高的表面支承率(孔与轴的实际接触面积与两者之间配合面积之比),因而能承受较大载荷,耐磨损,从而进步了产品的使用寿命。
珩磨速度低(是磨削速度的几十分之一),且油石与孔是面接触,因此每一个磨粒的均匀磨削压力小,这样工件的发热量很小,工件表面几乎无热损伤和变质层,变形小。
珩磨加工面几乎无嵌砂和挤压硬质层。
磨削比珩磨切削压力大,磨具和工件是线接触,有较高的相对速度。
因而会在局部区域产生高温,会导致零件表面结构的永久性破坏。
主要加工各种圆柱形孔:光通孔。
轴向和径向有中断的孔,如有径向孔或槽的孔、键槽孔、花键孔。
盲孔。
多台阶孔等。
另外,用专用珩磨头,还可加工圆锥孔,椭圆孔等,但由于珩磨头结构复杂,一般不用。
用外圆珩磨工具可以珩磨圆柱体,但其往除的余量远远小于内圆珩磨的余量。
几乎可以加工任何材料,特别是金刚石和立方氮化硼磨料的应用。
同时也进步了珩磨加工的效率。
(二)珩磨加工原理:1.珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石,由涨开机构(有旋转式和推进式两种)将油石沿径向涨开,使其压向工件孔壁,以便产生一定的面接触。
磨削工艺参数对表面质量的影响研究导言磨削是一种常见的加工方法,广泛应用于金属加工、摩擦副加工、精密零件加工等领域。
磨削工艺参数是指在磨削过程中控制磨削速度、进给速度、磨削深度等操作参数的变化。
本文将探讨不同磨削工艺参数对表面质量的影响,以期提供理论支持和指导实践操作。
磨削工艺参数的选择正确选择磨削工艺参数是保证加工质量的关键。
首先,要充分了解工件材料的特性,包括硬度、韧性和磨削性等。
然后,根据工件的要求和磨削机床的性能,选择合适的磨削速度、进给速度和磨削深度等参数。
例如,对于硬度较高的工件,应选择较低的磨削速度和较小的进给速度,以避免过快磨损磨具;对于表面要求较高的工件,应选择较小的磨削深度,以提高表面质量。
因此,正确选择磨削工艺参数是优化表面质量的前提。
磨削速度的影响磨削速度是指砂轮对工件进行相对运动的速度,通常以线速度来表示。
磨削速度的选择直接影响磨削过程的热量和剪切力等因素。
过高的磨削速度会导致材料表面过热,造成表面质量下降,并可能引起热裂纹等问题。
过低的磨削速度则会导致磨具磨损缓慢,加工效率低下。
因此,在选择磨削速度时,需要充分考虑工件材料的加工特性和磨削机床的能力。
进给速度的影响进给速度是指砂轮相对于工件的移动速度。
进给速度的选择影响磨削加工的质量和效率。
合适的进给速度可以使磨削过程稳定,提高加工效率。
过高的进给速度会导致磨具表面容积热变大,降低磨具的表面硬度,从而降低磨削效果;过低的进给速度则会导致磨具磨损缓慢,加工效率低下。
因此,在选择进给速度时,需要考虑工件材料的加工特性和磨具表面硬度的影响。
磨削深度的影响磨削深度是指砂轮每次磨削移动的距离,也可理解为每次磨削后磨掉的材料层厚度。
磨削深度的选择对于表面质量的影响较为复杂。
过大的磨削深度会导致砂轮和工件接触区域过大,热量和剪切力集中,容易引起表面烧伤和磨具的快速磨损。
过小的磨削深度则会导致磨削面积扩大,加工效率降低。
因此,在选择磨削深度时,需要平衡加工效率和表面质量的要求,充分考虑磨削过程中的热量和剪切力分布。
珩磨简介珩磨或称搪磨,其加工方法是:机床主轴带动珩磨工具(珩磨头)一面旋转,一面作直线上下往复运动,珩磨头上的油石(磨条)在一定的向外胀出压力作用下,在工件表面上去除磨屑,磨出螺旋形交叉网纹磨痕,它主要用于精密孔的加工,如发动机缸孔、压缩机缸孔、连杆、泵体及控制块等。
图1所示是珩磨加工中油石的运动轨迹,其中,l w为工件长度,π dw为工件孔的周长,θ为磨痕交叉角。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是油石在一个往复行程中折返时顺次的位置。
为了不让磨痕重复,回程位置Ⅲ应偏离起始位置Ⅰ有S的距离。
早期使用靠弹簧力推圆锥斜面胀出油石的珩磨头,如图2所示。
目前新型珩磨头主要均靠液压胀出,图2中的1为油石(磨条),油石是由磨料加结合剂构成的条形磨具,根据被加工材料的不同,可选择相应油石中的磨料,形状、种类、粒度、结合剂、硬度、组织和性能。
珩磨头通常由多块油石均布构成,可同时对孔的多处进行加工。
图1 加工中油石的运动轨迹图2 早期的珩磨头结构珩磨原理及特点1.珩磨能够精加工的原理把珩磨油石和工件看成两个互研的表面,为达到高的加工质量,应使它们在相对的往复运动中,油石上每一颗磨粒在孔壁上的运动轨迹都不重复。
加工时,油石和工件在面接触状态下,以较低的切削速度和压力,可靠地磨除工件较小的加工余量(一般为0.01~0.08mm,需根据不同加工材料、加工批量及加工要求而定)。
珩磨能显著地提高工件的尺寸精度(小孔达1~2μm,中等孔达10μm,二者甚至更小)和形状精度(小孔圆度达0.5μm,圆柱度达1μm,中等孔圆度达3μm以上甚至更小;孔长300~500mm时,圆柱度达5μm以下,加工误差分散范围小,仅为1~3μm,加工表面质量高,其表面粗糙度值R a仅约为0.4~0.04μm,甚至更小),一般因油石对工件平均压力P小(约0.4~0.8MPa),故发热量小,加工表面变质层也少,因为珩磨头与工件是面接触,同时参加切削的磨粒多,故也是一种高效的加工方法。
发动机缸体缸孔珩磨圆度影响因素研究摘要:导致缸孔圆度超差的因素有很多,为了找出真正的原因,必须要对缸体缸孔圆度超差位置进行统计分析,与此同时,还要将缸孔珩磨的加工特点一同考虑进去。
为了找出影响缸体缸孔珩磨圆度的因素,要从不同的角度考虑,比如,缸体缸孔壁厚、珩磨加工余量分布等角度,寻找出控制和改善缸体缸孔圆度的最佳方案。
关键词:发动机;缸体;珩磨;圆度;缸孔壁厚0.引言影响发动机的排放和油耗的因素有很多,其中最重要的因素是发动机缸体缸孔圆度。
而且目前针对油耗和排放的法律法规越来越严格,因此必须要注重缸体缸孔圆度的加工质量。
本文对不同缸体和不同缸孔进行了对比与分析,寻找和研究影晌缸体缸孔珩磨圆度的因素,而解决缸孔圆度超差的问题则是目前最重要的。
1缸孔珩磨工艺介绍及现状调查1.1缸孔珩磨工艺介绍(1)粗珩:去余量,此时的缸孔经过精镗后表面十分粗糙,需要粗珩来消除前面精镗缸孔所产生的的几何误差,使缸孔圆度、圆柱度均符合工艺要求,为后面的半精/精珩打好基础,相当于一个过渡阶段。
(2)半精珩:拉网纹(拉沟槽),是要在缸孔表面形成清晰可见的、对称的、均匀的网纹,并在微观轮廓上形成具有一定数量和深度的沟槽。
(3)精珩:去掉粗珩产生的波峰而保留其波谷,从而使轮廓曲线上出现一定宽度和数量的平台,并保有一定深度的沟槽。
1.2缸孔圆度现状调查为了使调查的结果更具有权威性,通过对25件超差缸体的圆度测量进行数据分析,整理后发现圆度超差50%在第二缸,另外50%在第三缸;超差(圆度上限:5um)出现在中间的第3截面的几率占85.4%;出现在第4截面的占14.6%。
根据调查可以发现,不论是圆度超差的不合格缸孔还是合格的缸孔,都会在中间3截面处得最大的孔圆度,而且两端截面与其他相比是比较好的。
1.3缸孔圆度超差原因为了找出缸孔圆度超差的真正原因,分析了超差缸体缸孔圆度和缸孔形状,最后得出缸体在珩磨的加工过程中位置不同受力不同,导致形状存在着差异,而且中间位置上的两个缸孔变形最大,这是因为它们在珩磨后材料回弹最严重。
磨削加工过程中的热力耦合问题研究磨削加工是一种常用的精密加工方法,广泛应用于制造业的各个领域。
在磨削加工过程中,经常会遇到热力耦合问题,即磨削时产生的热量会对加工表面产生热影响,从而影响加工质量和加工效率。
本文将对磨削加工过程中的热力耦合问题进行研究,并探讨一些解决方案。
1. 热力耦合问题的产生原因磨削加工过程中产生的热力耦合问题主要有两个方面的原因:一是磨粒与被加工表面之间的摩擦引起的热量;二是磨削过程中的材料变形引起的热量。
2. 热力耦合问题的影响热力耦合问题对磨削加工的影响主要体现在两个方面:一是加工表面质量的影响,热量导致加工表面出现融化、烧伤等缺陷;二是加工效率的影响,由于热量的影响,磨削过程中的切削力会增加,导致加工效率降低。
3. 热力耦合问题的解决方法为了解决热力耦合问题,可以通过以下几个方面来进行控制和改善:(1) 材料选择选择合适的材料可以降低热力耦合问题的发生。
例如,使用导热性好的材料可以提高热量的传导,减少热量在加工区域的积聚。
(2) 冷却剂的应用在磨削过程中加入适量的冷却剂可以降低热量的积聚,有效地控制磨削过程中的温度升高。
(3) 刀具结构的优化通过改变刀具的结构设计,如增加冷却通道、改变刀具的材料等,可以提高切削液的冷却效果,减少热力对加工表面的影响。
(4) 加工参数的优化合理调整磨削的切削速度、进给速度和切削深度等参数,可以降低热量的产生,减小对加工表面的影响。
(5) 切削液的选择选择适合的切削液可以有效地控制磨削过程中的温度,减少热量积聚,并对加工表面起到润滑和冷却的作用。
(6) 表面修整的优化通过对加工表面进行打磨、抛光等修整工艺,可以消除表面的热融、烧伤等缺陷,提高表面质量。
4. 常见热力耦合问题的研究成果在磨削加工过程中,热力耦合问题一直是研究的热点之一。
许多学者通过实验和数值模拟等方法进行了深入研究,并取得了一些重要的成果。
(1) 温度场分布的研究通过数值模拟等方法,研究了磨削过程中的温度场分布情况,并对温度场的形成机理进行了深入分析。
珩磨的加工原理、珩磨加工的特点以及珩磨主要参数的选择(一)珩磨的加工原理珩磨加工的工具主要采用珩磨头。
珩磨加工时有三种运动,即油石的径向进给、珩磨头的旋转和上、下往复运动。
珩磨头的旋转和上下运动是主运动,完成微量磨削和抛光加工;珩磨头的旋转和上下往复运动,使油石的磨粒走过的轨迹交叉成网状,因而容易获得较小的表面粗糙度;珩磨加工是以工件孔导向;珩磨头与珩磨机应浮动连接。
(二)珩磨加工的特点(1)加工精度高精度可达IT6、圆度、圆柱度可达0.003~0.005mm,但不能纠正上道工序的位置公差。
(2)表面质量好表面粗糙度可达Ra0.2~0.04,甚至0.02;且不烧伤表面。
(3)效率高。
(4)应用范围广可加工Ф5~Ф500mm的工件,长径比L/D可达10,可加工铸铁、钢(淬硬、未淬硬)。
但不适合加工断续表面及韧性高的金属材料。
(三)珩磨主要参数的选择1.油石的选择(1)材料的选择钢件选刚玉,铸铁选碳化硅。
(2)粒度的选择根据表面粗糙度要求不同选取。
表面粗糙度要求为Ra0.4~0.2时,选粒度为120#~W40;表面粗糙度要求为Ra0.2~0.04时,选粒度为W40~W20;表面粗糙度要求为Ra0.02~0.01,选粒度为W20~W14。
(3)硬度的选择一般选R3~ZY1。
2.切削用量的选择粗珩:θ=40°~60°,精珩θ=20°~40°;圆周速度:未淬硬36~49m/min,淬硬23~36m/min,铸铁61~70 m/min;油石压力:粗加工铸铁0.5~1N/mm2,粗加工钢0.8~2N/mm2,精加工铸铁0.2~0.5N/mm2,精加工钢0.4~0.8N/mm2,超精加工0.05~0.1N/mm2。
3.加工余量的选择一般0.1mm以下。
4.切削液的选择一般选60%~90%的煤油加40%~10%的硫化油或动物油。
加工青铜时,用水或干珩。
参考资料:/supply/index.html。
2013年36期 科技一向导 ◇科技论坛◇ 缸孔锥度珩磨技术的研究与应用 胡 (江铃汽车股份有限公司 刚
江西南昌330001)
【摘要】缸孔作为发动机完成燃料压缩、燃烧及爆发做功的能量转换室,与活塞形成发动机的最为重要的摩擦副,承受着各种载荷和温度 的剧变,因此缸孔加工工艺的选择将直接影响到发动机的功率输出、机油消耗、尾气排放及发动机的可靠性,目前国内普遍采用平台网纹珩磨 加工技术,而随着国家法律法规对排放要求的进 步的提高,特别是后续欧五、欧六的要求,对发动机缸孔的设计精度和加工质量提出了更高 的要求.在平台网纹珩磨加工技术增加锥度珩磨是能够保证上述要求的有效手段之一。 【关键词1平台珩磨技术;锥度;珩磨参数;研究与应用
0.引言 珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石.由涨开机构 将油石沿径向涨开.使其压向工件孔壁.以便产生一定的面接触。同时 使珩磨头旋转和往复运动.零件不动;或者珩磨头只作旋转运动.工件往 复运动.从而实现对孔的精加工。平台网纹珩就是在普通珩磨的基础上再 增加一道精加工.用油石将缸孔表面网纹的尖峰窘掉,形成微小的平台;而 锥度珩磨工艺是在平台珩磨的基础上同时在缸孔形成—匕小下大锥度0.02一 O.03nam.该技术对于提高汽车发动机的气缸体质量、提高发动机的使用 寿命.提高发动机的经济性和动力性有重要意义.特别是对克服发动机 早期磨损和降低发动机油耗等方面起到了至关重要的作用。 1.锥度珩磨技术的研究与应用 1.1锥度珩磨主要技术参数 锥度珩磨总体上是以平台珩磨基础为基础.其中平台网纹评定的 主要参数一般有如下几个: 。 Rpk一简约峰高.指粗糙度核心轮廓上方的轮廓峰的平均高度: Rl(一粗糙度核心轮廓深度,指粗糙度核心轮廓的深度:Rvk一简约谷 深.指从粗糙度核心轮廓延伸到材料内的轮廓谷的平均深度:Mr1一尖 峰轮廓支承长度率,是一条将轮廓峰分离出粗糙度核心轮廓的截线而 确定的轮廓支承率:Mr2一沟谷轮廓支承长度率.是一条将轮廓谷分离 出粗糙度核心轮廓的截线而确定的轮廓支承率:R一平均峰谷高度, 是指每一个测量距离内粗糙度轮廓的最大轮廓峰顶高度与最大谷底 深度之和.通常取5个单位测量范围内的平均值:珩磨角一一般是指 网纹交叉线在垂直于轴线方向上的夹角 1.2锥度珩磨技术应用 1.2.1珩磨设备 江铃汽车股份有限公司发动机厂目前采用的是德国格林机床制 造的平台珩磨机.机床分粗镗一半精镗一精镗一平台珩磨四道工序.缸体 整个的珩磨过程如下: 精镗完的缸体由动力摩擦滚道自动输送到上料工位1,该工位安 装有自动判别缸体类别的传感器.机床能根据传感器发出的信号自动 调整加工程序:机床在工位2和工位3进行缸孔的粗珩磨加工(2工 位珩磨1、3缸.3工位珩磨2、4缸),粗珩磨金刚石珩磨条的进给由步 进电机控制.珩磨条的进给速度及珩磨尺寸、珩磨头的行程等均由预 先设定的程序进行控制.对以上数值的调整只需更改程序中的相应参 数即可完成 机床在珩磨过程中可根据测量结果自动修正缸孔的形状 误差:工位4和工位5进行缸孔的半精珩和精珩(平台珩)/J ̄i,缸孔 的半精珩磨和精珩磨是在同一工位经过两次涨刀来实现的.消除了重 复定位误差.可获得更为理想的表面网纹结构。由于在缸孔的珩磨过 程中采用了在线测量技术.边珩磨加工边测量.机床能够根据测量结 果自动修正缸孔形状,保证缸孔加工精度。缸孔圆柱度达到 0.0075mm.直径尺寸精度达到±O.01mm,缸孔尺寸只有一个级别,不再 进行分组 工位6进行主轴孔的珩磨加工.主轴孔珩磨采用世界上 比较先进的卧式铰珩工艺.在一个单行程加工中完成5个主轴承孔的 珩磨,尺寸变化一般在3-4 ̄m以内。工位7工件翻转270 ̄倾倒水套 孑L及螺栓孔内的珩磨油,8工位下料,完成整个珩磨加工 1.2.2珩磨工具 缸孔珩磨和主轴孔珩磨都采用金刚石珩磨条.缸孔珩磨条一般寿 命可加工10000件以上,主轴孔珩磨条寿命能达到10万件以上.珩磨
第12期2013年12月机械设计与制造
MachineryDesign&Manufacture
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珩磨工艺参数对温度场的影响研究张永贵1,杨云江1,徐建华2,龚俊1(1.兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050;2.宁夏银川大河数控机床有限公司,宁夏银川750021)
摘要:珩磨加工为一种特殊的磨削工艺,珩磨不仅能提高工件内圆表面粗糙度,而且能提高零件的尺寸精度和几何形状精度,能去除较大的k_r-余量,讨论了珩磨加工过程中珩磨参数对珩磨工件温度场的影响,分析了珩磨的磨削力对和珩磨温度之间的相互关系。在此基础上结合实际珩磨机加工工艺,利用有限元分析软件对珩磨工件的温度场进行了稳态和瞬态分析,揭示了珩磨过程中温度的变化和分布情况,为珩磨机床改善其冷却系统提供了一定的理论依据。关键词:磨削力;温度场;有限元分析;珩磨加工中图分类号:THl6;TG580.67文献标识码:A文章编号:1001—3997(2013)12-0105—04
TheStudyofEffectThatHoningProcessParametersuponTemperatureField
ZHANGYong-guil,YANGYun-jian91,XUJian—hua2,GONGJunl
(1.InstituteofElectricalandMechanicalengineering,LanzhouUniversityofTechnology,GansuLanzhou730050,China;
2.NingxiaYinchuanRiverNCMachineToolCo.,Ltd.,NingxiaYinchuan750021,China)
Abstract:Honingisaspecialfo珈ininternalgrindingprocess.andthismethodis口kindofefficient
machiningprecision
processingmethodthatCOltnotonlyimprovetheinnercirclesuoCacerollghnes3,butalsoCOltimprove
thesizeofthe
parts
precisionandgeometryaccuracy,andcanremouelargerallowance.Itdiscwsedthehoningparameterson
theinfluenceofthe
temperature皿艋Thestateandtransientanalysisofhoningworkpiecetemperature卢纪m4119es邯eoffiniteelement
analysis
onthebasisoftheactual,inordertolzneoverthechangeanddistributionoftemperatureandaffectfactorsintheprocessof
honing,thusofferthetheatricalbasisfortheimprovementofhoningmachine’Sreversingacceleration.
KeyWords:GrindingForce;TemperatureField;FiniteElementAnalysis;Honing
I引言磨削加工技术是现代精密超精密加工中的最重要加工手段之一,是制造精密设备的关键工序,是机械加工中不可缺少的重要组成部分。磨削的比能比其他切削方法约大20倍,且绝大部分变成热能,使磨削区域温度上升,它不但极大地阻碍磨削生产效率的提高,而且严重地影响工件的表面金相组织、表面应力等一系列支配工件表面完整性的因素,对磨削工序的进行和工件的性能产生很大的影响。尤其当磨削是该零(部)件机械加工工艺过程的最后一道工序时,磨削热和磨削温度的情况将决定工件的使用性能【lI。因此,磨削温度与磨削区场温度分布的分析对研究磨削理论和磨削实践具有重大的意义。珩磨是内圆磨削加工的一种特殊的磨削工艺,珩磨加工采用三方相关原理加工出精密的表面。近年来,随着对珩磨工艺高速度、高效率的需求,引起了对珩磨切削力的提高,并且出现了许多珩磨工艺,尤其是强力珩磨工艺。由于珩磨切削力的增大,在珩磨加工过程中产生的热量越大,工件的热变形业越大。因此,想要保证珩磨出高精度、高质量的工件,必须要熟知珩磨加工过程中,工件受热变形的情况。分析了珩磨加工中珩磨参数对温度场的影响,利用有限元技术得出珩磨加工工件的温度场分布,为珩磨机
床改善其冷却系统提供了一定的理论依据。2珩磨的磨削力对温度的影响珩磨的磨削力是评价砂轮或磨粒切削刃磨削状态的重要因素,也是产生磨削热的主要因素之一。磨削力F可分解为互相垂直的三个分力,即沿砂轮径向的法向磨削力E、沿砂轮切向的切向磨削力E以及沿砂轮回转轴线方向的轴向磨削力E(较小,可忽略不计)。珩磨工作时,如果磨削力较大使磨削区的温度较高,会使工件表层金相组织发生变化,甚至磨削烧伤;当产生的瞬时温度较高时,会形成热应力,使被加工的工件表面产生较大的残余应力,甚至使表面产生裂纹闭。所以,研究磨削力和珩磨过程中的温度场关系是很有必要的。文献口是在前人对珩磨力模型研究的基础上,建立珩磨力的数学模型,并通过实际的实验加以修正,得出切向珩磨力E最小二乘的回归公式。
F,--0.027—006y,0.3”K7.3”“。‘(1)
式中:B一油缸的进给压力(Pa);V,・珩磨头旋转速度(m/rain);yr一珩磨头的往复速度(m/rain)。e;=葛㈤
来稿日期:2013—02-09基金项目:国家科技重大项目(2010ZX04002—122)作者简介:张永贵,(1966-),男,甘肃酒泉人,高级工程师,工学博士,主要研究方向:工业机器人及其应用技术,珩磨加工工艺及其专家系统技术;杨云江,(1985一),男,河北邢台人,硕士,主要研究方向:数控珩磨加工过程的分析与仿真万方数据106张永贵等:珩磨工艺参数对温度场的影响研究第12期式中:”—笔转速度(m/min);口触复速度(m/min);种削深度mm);
疋—轴向进给量(ram)。式(2)是磨削时磨除单位体积金属的磨削能量公式闭。由公式可知切向珩磨力与珩磨时产生的能量的多少成正比。因此,磨削力对珩磨过程中所形成的温度场有重要的影响。3珩磨工艺参数对温度场的影响3.1珩磨的速度由磨加工过程的原理(三块平板互研的机理)可知:在珩磨加工过程中,珩磨网纹的形成是由于珩磨头的旋转和往复两坐标的交叉运动。因此,缺少任何一种运动都不能保证互研动作之间影响的传递。两种速度的同时作用使得油石和工件表面产生磨削热。文献回的实验是选用GC60kV的砂轮磨削TC4钛合金;单粒金刚石修整砂轮,冷却液3%亚硝酸钾水溶液;取磨削表面温度值为后8次磨削温度的平均值。实验结果,如图1所示。
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图1速度对磨削温度的影响Fig.1TheInfluenceoftheSpeedoftheGrindingTemperature
由式(2)和图1可知:珩磨的旋转速度和释放能量成正比,
此时工件温度升高;反之,珩磨的往复速度和释放的能量成反比,工件的温度下降。此外,磨削时温度的大小还和珩磨的次数有关。因此,珩磨的速度(往复速度和旋转速度的合成)是影响珩磨过程中形成温度场的重要因素。3.2珩磨的油石珩磨油石承受着珩磨压力,珩磨机开始工作之前,镶嵌在珩磨头的油石受到液压系统的进给压力贴合到工件表面。油石的进给压力大,可提高金属去除率和工作效率;但工作压力超过最佳工作压力(I临界压力),磨削热量就会加大,如果选取的油石不当以及不及时的冷却,油石便急剧磨损软化,甚至烧蚀工件。由此可知,珩磨油石的质量影响着珩磨加工过程中磨削热量,磨削热量的大小将会对工件的表面质量、磨损量和工件尺寸精度、表面粗糙度产生很大的影响。因此,选取优良油石质材,是保证珩磨质量的前提。下面利用有限元分析软件ANSYS,选取油石座的材料为40Cr,油石的进给压力2MPa,油石材料分别为碳化硅和金刚石。其材料性质,如表1所示。表1材料性质Tab.1TheMaterialProper材料名称弹性模量E/MPa泊松比u密度.o(mm3/kg)会刚石10.5E5ot203.5E-6图2碳化硅油石应力分布Fig.2TheStressDistributionTableofCombinationShaqleningStone图3金刚石油石应力分布Fig.3TheStressDistributionTableofDiamondStones由图2和图3可知:金刚石油石所受的应力大于碳化硅油石,整体的变形量小于碳化硅油石,这样就很好的保证了加工的可靠性。由此可知:金刚石与碳化硅相比,磨粒的硬度高、产生大的切削作用;但是金刚石的自励性差、产生的磨削热大,过大的磨削热可能烧蚀工件的表面。因此,在同等的条件下选取适当的油石质材是降低磨削温度及保证珩磨质量的前提。4珩磨工件温度场的分析4.1珩磨工件干磨温度场的分析珩磨的热分析用于计算珩磨加工过程中,珩磨油石和工件间产生摩擦热时,温度在工件上的分带隋况141。要想得到精确的工件温度分布,则要建立准确的温度场;要想建立准确的温度场,必须要有实际珩磨工况的珩磨工艺参数。下面以在2MK2218YS珩磨机床上实验的工艺参数为依据,如表2所示。工件的材质为铸铁。镶嵌五条油石的珩磨头,工件内径和高度均为100ram,厚度为5mm,油石宽度b为6mm。表2珩磨实验参数表Tab.2HoningExperiment
ParameterTable
gm=_訾尺。(3)t,V嚷%式中:q,,广热流密度(w抽2);枷磨头直径(mm)。
由式(1)和式(3)可求解出温度载荷热流密度1.019xlO似m2・s),空气对流系数为5w抽:K,假设珩磨加工过程中没有磨削液,珩磨的瞬态分析是从珩磨开始到珩磨结束工件的温度场变化的情况。利用ANSYS软件中的温度模块得出珩磨过程中的不同阶段工件的温度场变化的情况,如图4 ̄图7所示。
万方数据