珩磨工艺参数对温度场的影响研究
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第１２期 ２０１３年１２月
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １０５
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。
ｏｆｈｏｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ’Ｓ ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．
Ｗｏｒｄｓ：Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｆｉｅｌｄ；Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ；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
ａｃｔｕａｌ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｌｚｎｅｏｖｅｒ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ
ｏｆ
ｈｏｎｉｎｇ，ｔｈｕｓ ｏｆｆｅｒ ｔｈｅ ｔｈｅａｔｒｉｃａｌ ｂａｓｉｓｆｏｒ ｔｈｅ
Ｋｅｙ
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
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．２ Ｈｏｎｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｔａｂｌｅ
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
Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｌｏｕｄ ｏｆ Ｏ．２ １
ｓ
目７ Ｏ．８４ｓ时的温度分伍厶臣
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
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
工件的温度场变化的情况，如图４￣图７所示。
万方数据
ＮＯ．１２ Ｄｅｃ．２０１ ３
机械设计与制造
１０７
磨削区域工件中部节点在一个珩磨行程中不同时间所对应 的温度分布情况，如图８所示。从开始的室温到最终的４００多度， 刚开始的一段时间温度上升时缓慢的，大约到了０．６Ｓ前后温度 急剧上升；此时，内外壁的温度差也将加大，这样将在工件内部产 生较大的热应力，将会削弱工件的使用寿命，并最终影响到珩磨 网纹的质量及工件的尺寸精度。所以，工件在珩磨过程中应严格 控制工件的最高温度。
ｎｏｔ
ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｃｉｒｃｌｅ ｓｕｏＣａｃｅ ｒｏｌｌｇｈｎｅｓ３，ｂｕｔ ａｌｓｏ
ｃａｎ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｉｚｅ
ｏｎ
ｏｆ
ｔｈｅ ｐａｒｔｓ
ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ
ｇｅｏｍｅｔｒｙ
ａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄ
ｒｅｍｏｕｅ
ｌａｒｇｅｒ ａｌｌｏｗａｎｃｅ．Ｉｔ ｄｉｓｃｗｓｅｄ ｔｈｅ ｈｏｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｔｈｅ
ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｐｒｏｃｅｓｓ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ皿艋Ｔｈｅ
ｏｎ
ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｔｏ
ｏｆ ｈｏｎｉｎｇ
ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ卢纪ｍ４１１９ｅｓ邯ｅ ｏｆｆｉｎｉｔｅ
ｔｈｅ ｂａｓｉｓ
ｏｆｔｈｅ
二乘的回归公式。
Ｆ，－－０．０２７—００６ ｙ，０．３”Ｋ７．３”“。‘
ｙｒ一珩磨头的往复速度（ｍ／ｒａｉｎ）。
（１）
式中：Ｂ一油缸的进给压力（Ｐａ）；Ｖ，・珩磨头旋转速度（ｍ／ｒａｉｎ）；
ｅ；＝葛
㈤
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
一
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ Ｓｔｒｅｓｓ
图２碳化硅油石应力分布
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｓｈａｑｌｅｎｉｎｇ Ｓｔｏｎｅ
ｐ
／ｍ・８－１
源自文库
苗 越 赠 旧 懈 裹 盥
Ｚ ４ Ｏ ｂ ｌＵ ｌＺ １４ ｌｂ ｌ石 ＺＵ
３８
１９
图３金刚石油石应力分布
Ｆｉｇ．３
Ｔｈｅ
Ｓｔｒｅｓｓ
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。
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．１ Ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｐｅｒ
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），
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
ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｇｕｉｌ，ＹＡＮＧ
Ｙｕｎ－ｊｉａｎ９１，ＸＵ Ｊｉａｎ—ｈｕａ２，ＧＯＮＧ Ｊｕｎｌ
７３００５０，Ｃｈｉｎａ；
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｓｕ Ｌａｎｚｈｏｕ ２．Ｎｉｎｇｘｉａ Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ｒｉｖｅｒ ＮＣ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｘｉａ Ｙｉｎｃｈｕａｎ
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
Ｔａｂｌｅ ｏｆ
Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｔｏｎｅｓ
Ｉ・ｒａｉｎｏ
１４
１４
』酬
ａｒｃ
由图２和图３可知：金刚石油石所受的应力大于碳化硅油
００１ ０ｍｌ
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
５７４
４２４
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
５００ ４５０ ４００ ， ３５０
／
．，
／。 ／
“３（】ｏ
蚕２５０
２００
／
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／
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５０
１００ ５０
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０
．ｊ ．， ．， ．９
Ｔｉｍｅ
图８工件工作面中部节点的温度一时间历程曲线
Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－Ｔｉｍｅ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｎｏｄｅ Ｃｕｒｖｅ
ｏｆ ｔｈｅ
ｗｉｔｈ Ａｒｔｉｆａｃｔｓ Ｆａｃｅ
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
Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｈａｔ Ｈｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｐｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ
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。
磨削次数
图１速度对磨削温度的影响
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ Ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
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。
４．２珩磨工件湿磨温度场的分析
为了更好的使珩磨工件温度场接近现实加工中的情况，应
当进行珩磨工件的湿温度场分析。选取自制水基低温磨削液，它 的工作温度为Ｏ℃左右，对流换热系数为ｄ－３０１７６Ｗｈ磁，其他的 参数设置和干磨时一样，利用有限元分析软件可以得到不同阶段 的温度场，如同９～图１ ２所示
图９ ０．２１ ｓ时的温度分布云图
７５００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｎｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ａ
ｓｐｅｃｉａｌ
ＣＯｌｔ
ｆｏ珈ｉｎ
ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．ａｎｄ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ
ｉｓ口ｋｉｎｄ ｏｆ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ＣＯｌｔ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
ｍｅｔｈｏｄ
ｔｈａｔ
空气对流系数为５ ｗ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
ｇｍ＝＿訾尺。
ｔ，Ｖ嚷％
（３）
材料名称 会刚石
弹性模量Ｅ／ＭＰａ
１０．５Ｅ５
泊松比ｕ
ｏｔ２０
密度．ｏ（ｍｍ３／ｋｇ）
３．５Ｅ－６
来稿日期：２０１３—０２－０９ 基金项目：国家科技重大项目（２０１０ＺＸ０４００２—１２２）
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
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １０５
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。
ｏｆｈｏｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ’Ｓ ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．
Ｗｏｒｄｓ：Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｆｉｅｌｄ；Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ；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
ａｃｔｕａｌ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｌｚｎｅｏｖｅｒ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｔｈｅ
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ｈｏｎｉｎｇ，ｔｈｕｓ ｏｆｆｅｒ ｔｈｅ ｔｈｅａｔｒｉｃａｌ ｂａｓｉｓｆｏｒ ｔｈｅ
Ｋｅｙ
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
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．２ Ｈｏｎｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｔａｂｌｅ
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
Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｌｏｕｄ ｏｆ Ｏ．２ １
ｓ
目７ Ｏ．８４ｓ时的温度分伍厶臣
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
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
工件的温度场变化的情况，如图４￣图７所示。
万方数据
ＮＯ．１２ Ｄｅｃ．２０１ ３
机械设计与制造
１０７
磨削区域工件中部节点在一个珩磨行程中不同时间所对应 的温度分布情况，如图８所示。从开始的室温到最终的４００多度， 刚开始的一段时间温度上升时缓慢的，大约到了０．６Ｓ前后温度 急剧上升；此时，内外壁的温度差也将加大，这样将在工件内部产 生较大的热应力，将会削弱工件的使用寿命，并最终影响到珩磨 网纹的质量及工件的尺寸精度。所以，工件在珩磨过程中应严格 控制工件的最高温度。
ｎｏｔ
ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｃｉｒｃｌｅ ｓｕｏＣａｃｅ ｒｏｌｌｇｈｎｅｓ３，ｂｕｔ ａｌｓｏ
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ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｉｚｅ
ｏｎ
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ｔｈｅ ｐａｒｔｓ
ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ
ｇｅｏｍｅｔｒｙ
ａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄ
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ｌａｒｇｅｒ ａｌｌｏｗａｎｃｅ．Ｉｔ ｄｉｓｃｗｓｅｄ ｔｈｅ ｈｏｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｔｈｅ
ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｐｒｏｃｅｓｓ
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ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
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ｏｆ ｈｏｎｉｎｇ
ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ卢纪ｍ４１１９ｅｓ邯ｅ ｏｆｆｉｎｉｔｅ
ｔｈｅ ｂａｓｉｓ
ｏｆｔｈｅ
二乘的回归公式。
Ｆ，－－０．０２７—００６ ｙ，０．３”Ｋ７．３”“。‘
ｙｒ一珩磨头的往复速度（ｍ／ｒａｉｎ）。
（１）
式中：Ｂ一油缸的进给压力（Ｐａ）；Ｖ，・珩磨头旋转速度（ｍ／ｒａｉｎ）；
ｅ；＝葛
㈤
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
一
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ Ｓｔｒｅｓｓ
图２碳化硅油石应力分布
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｓｈａｑｌｅｎｉｎｇ Ｓｔｏｎｅ
ｐ
／ｍ・８－１
源自文库
苗 越 赠 旧 懈 裹 盥
Ｚ ４ Ｏ ｂ ｌＵ ｌＺ １４ ｌｂ ｌ石 ＺＵ
３８
１９
图３金刚石油石应力分布
Ｆｉｇ．３
Ｔｈｅ
Ｓｔｒｅｓｓ
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。
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．１ Ｔｈｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｐｅｒ
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），
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
ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｇｕｉｌ，ＹＡＮＧ
Ｙｕｎ－ｊｉａｎ９１，ＸＵ Ｊｉａｎ—ｈｕａ２，ＧＯＮＧ Ｊｕｎｌ
７３００５０，Ｃｈｉｎａ；
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｓｕ Ｌａｎｚｈｏｕ ２．Ｎｉｎｇｘｉａ Ｙｉｎｃｈｕａｎ Ｒｉｖｅｒ ＮＣ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｘｉａ Ｙｉｎｃｈｕａｎ
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
Ｔａｂｌｅ ｏｆ
Ｄｉａｍｏｎｄ Ｓｔｏｎｅｓ
Ｉ・ｒａｉｎｏ
１４
１４
』酬
ａｒｃ
由图２和图３可知：金刚石油石所受的应力大于碳化硅油
００１ ０ｍｌ
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
５７４
４２４
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
５００ ４５０ ４００ ， ３５０
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蚕２５０
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．ｊ ．， ．， ．９
Ｔｉｍｅ
图８工件工作面中部节点的温度一时间历程曲线
Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－Ｔｉｍｅ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｎｏｄｅ Ｃｕｒｖｅ
ｏｆ ｔｈｅ
ｗｉｔｈ Ａｒｔｉｆａｃｔｓ Ｆａｃｅ
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
Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｈａｔ Ｈｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｐｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ
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。
磨削次数
图１速度对磨削温度的影响
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ Ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
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。
４．２珩磨工件湿磨温度场的分析
为了更好的使珩磨工件温度场接近现实加工中的情况，应
当进行珩磨工件的湿温度场分析。选取自制水基低温磨削液，它 的工作温度为Ｏ℃左右，对流换热系数为ｄ－３０１７６Ｗｈ磁，其他的 参数设置和干磨时一样，利用有限元分析软件可以得到不同阶段 的温度场，如同９～图１ ２所示
图９ ０．２１ ｓ时的温度分布云图
７５００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｎｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ａ
ｓｐｅｃｉａｌ
ＣＯｌｔ
ｆｏ珈ｉｎ
ｉｎｔｅｒｎａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．ａｎｄ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ
ｉｓ口ｋｉｎｄ ｏｆ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ＣＯｌｔ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
ｍｅｔｈｏｄ
ｔｈａｔ
空气对流系数为５ ｗ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
ｇｍ＝＿訾尺。
ｔ，Ｖ嚷％
（３）
材料名称 会刚石
弹性模量Ｅ／ＭＰａ
１０．５Ｅ５
泊松比ｕ
ｏｔ２０
密度．ｏ（ｍｍ３／ｋｇ）
３．５Ｅ－６
来稿日期：２０１３—０２－０９ 基金项目：国家科技重大项目（２０１０ＺＸ０４００２—１２２）
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