磨削用量对平面磨削残余应力的影响及应力预报

磨削用量对平面磨削残余

应力的影响及应力预报

华北航天工业学院　黄卫　郭晓军

哈尔滨工业大学　姚智慧

文摘　在建立了磨削表面残余应力及表面层残余拉应力峰值计算公式的基础上,进行进一步的分析,揭示了磨削用量对残余应力的影响程度及规律,并对残余应力分布的预报和控制进行了探讨。

主题词　平面磨削　残余应力　磨削用量预报

1　磨削表面残余应力及表面层残余拉应力峰值计算公式

在《平面磨削残余应力的试验研究》(发表在《航天工艺》1997年第6期上)一文中,通过试验手段已建立了磨削表面残余应力(Ρs)及表面层残余拉应力峰值(Ρm ax)的计算公式:Ρs=-148.8+17.8X1+70.0X2+7.2X3

+26.7X1X2+23.1X1X3-28.9X2X3+58.6X21

-44.3X22+1.6X32(1)Ρm ax=277.8-104.6X1+280.1X2-21.7X3

-90.8X1X2+36.2X1X3-14.5X2X3+39.3X21

+60.5X22-19.7X32(2)

4.2　功能梯度材料研究进展与前景

FG M的研究受到了日本政府的高度重视,列人了日本科学厅资助的重点研究开发项目,投入了大量的物力、财力和人力,专门成立了日本FG M研究会。已完成了其第一期(1987-1989年)研究计划,在材料设计、合成和评价方面进行了许多开创性工作,制备了多种不同体系的厚度为1-10mm、直径30mm的FG M。从1990年起进入第二阶段的研究,制得厚1-10mm,30c m见方的制品,到91年已完成。目前研究重点开始从材料制备向材料优化设计和特性评价方面扩展。逐步建立了标准性能试验方法,如小穿孔性能试验〔SP M SP)、激光热冲击试验、单面加热循环的热疲劳、隔热试验等。

与此同时,FG M的开发研究引起了世界各国的广泛兴趣和关注,美、法、德、俄等国的研究机构纷纷开展此项工作,尤以美国的NA SA和德国的D FVL R(航空研究所)表现最为积极。我国武汉工业大学、中国建材研究所、中南工业大学和北京科技大学、哈尔滨工业大学等单位相继开展了这方面的工作。从发展趋势看.今后FG M的研究仍以材料设计、合成和评价为中心,不断完善设计、评价系统,针对具体目标合成大规摸的实用材料。可以预期,随着研究的不断深入,FG M将会在各个工业领域发挥重大作用。

参考文献(略)

2　磨削用量对残余应力影响规律的分析

图1所示为不同磨削深度条件下,工作台速度对表面残余应力的影响。由图可见:工作台速度对表面残余应力没有单调的影响规律。随着工作台速度的提高,表面残余应力先减小,后增大,当工作台速度取中间值,约15m m in -20m m in 时,表面残余应力最小。同时还可以看出:随磨削深度增加,表面残余应力增大。但当磨削深度继续加大至25Λm 以上时,表面残余应力无显著变化。这是由于磨削热量大,再加冷却液冷却,造成相变,产生二次淬火,使得表面残余应力减小

。

图1　工作台速度Vw 、磨削深度A p

对表面残余应力的影响

图2　磨削深度A p 、横向进给量V f

对表面残余应力的影响 图2所示为不同横向进给量条件下,磨削深度对表面残余应力的影响。由图可见:随磨削深度增加,表面残余应力增大。这种增大趋势随磨削深度增加而逐渐变缓。同时由图还可以看出:磨削深度对表面残余应力影响的分布曲线一致性较好,说明横向进给量对磨削残余应力的影响较小。但在两端,曲线比较分散,说明磨削深度与横向进给量之间存在一定的交互作用。

图3所示为不同磨削深度条件下,工作台速度对表面层残余拉应力峰值的影响。由图可见:随工作台速度的提高,表面层残余拉应力峰值下降。这种下降趋势随工作台速度提高而减弱。当工作台速度取15m m in -20m m in 时,残余拉应力峰值较小。由图还可以看出:随磨削深度增加,表面层残余拉应力峰值增大。并且磨削深度愈大,这种增大趋势越快。当磨削深度小于20Λm (或25Λm )时,残余拉应力峰值一般都比较小

。

图3　磨削深度A p 与工作台速度Vw 对

表面层残余拉应力峰值的影响3　磨削残余应力的预报与控制

3.1　磨削残余应力的预报

在《平面磨削残余应力的试验研究》一文中,用方差分析对磨削残余应力的回归公式进行了理论检验,在误差度0.05或置信概率

0.95上,回归公式是显著的。

计算所得的回归公式可以用来对平面磨削残余应力进行预报与控制。为了检验其效果,我们做了进一步试验。具体磨削用量如下:工作台速度Vw为25m m in,磨削深度A p分别为12.5Λm和37.5Λm,横向进给量V f为3.5mm 双程,其它试验条件与《平面磨削残余应力的试验研究》一文中的试验条件相同。由回归公式求出零件表面残余应力值Ρs,表面层残余拉应力峰值Ρm ax,见表1。其中括号内为零件磨削残余应力的实测值。

表1　回归公式预报值

试件号3132

Ρs(M Pa)-213.4(-241.6)-20.0(-40.3)

Ρm ax(M Pa)83.7(0)462.4(410.0) 从表中可以看出,由回归公式所求出的预

报值与实测值很相近。经检验,实测值完全在预报值方差允许的范围内。即下式成立:

预报值-3Ρ≤实测值≤预报值+3Ρ

其中,Ρ为回归公式的方差。

3.2　磨削残余应力的控制

根据前面分析,磨削深度对残余应力的影响最大。因此,控制磨削残余应力,应主要控制磨削深度,当磨削深度大于25Λm时,表面残余应力将无明显变化,但表面层残余拉应力峰值则较大。磨削深度对表面层残余应力总的影响趋势是:残余应力代数值随磨削深度的增加而增大。对于低应力磨削,一定要求磨削深度小于25Λm。

工作台纵向速度对残余应力的影响也比较大。当工作台速度较低时,表面残余应力、表面层残余拉应力峰值都较大。当工作台速度较大时,表面残余应力值逐渐增大。但表面层残余拉应力峰值无明显变化。因此,工作台纵向速度应适当选择大一些。我们推荐的速度范围为15m m in-20m m in。工作台速度对表面层残余应力总的影响趋势是:残余应力代数值随工作台速度的提高而减小。

工作台横向进给量对磨削残余应力的影响不太显著。4结论

4.1　磨削深度对磨削残余应力的影响很大。随磨削深度增大,表面残余应力与表面层残余拉应力峰值都增大,当磨削深度过大时产生大量的磨削热,往往引起相变,表面残余应力虽较小,但表面层残余拉应力峰值则很大。

4.2　工作台纵向速度对磨削残余应力的影响也比较大。随工作台速度提高,表面残余应力与表面层残余拉应力峰值均减小,当工作台速度过高时,残余拉应力峰值无明显变化,但表面残余应力反而有些增大。

4.3　工作台横向进给量对磨削残余应力的影响很小,但它与其它磨削用量间存在一定的交互作用。

参考文献

1　郭晓军等,《平面磨削残余应力的试验研究》,航天工艺, 1997.6

2　郭晓军,《结构钢磨削表面层残余应力的定量研究》,哈尔滨工业大学硕士论文,1994.4

3　胡忠辉,姚智慧,袁哲俊,《磨削残余应力的试验研究》,哈尔滨工业大学科学研究报告,第408期,1988.12

4　项可凤等,《试验设计与数据分析》,上海科学技术出版社,1989.12