[發明專利]一種磨削沖擊強化硬度預測方法

有效

• 申請號: 201910852918.1
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110598314B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 史小亮
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種磨削沖擊強化硬度預測方法，涉及磨削加工技術領域。本發明步驟如下：步驟1：獲取待加工材料的材料屬性參數；步驟2：輸入磨削基礎參數；步驟3：根據工件尺寸建立立體幾何模型，均勻劃分網格；步驟4：確定載荷步，施加邊界條件，求解磨削溫度場；步驟5：獲取力學性能參數，據步驟4得出的磨削溫度場和力學性能參數求解磨削表面等效應變；步驟6：根據磨削表面等效應變結果帶入維氏硬度與等效應變關聯模型內輸出磨削表面硬度值。本方法基于磨削加工過程中的沖擊強化原理，能精確的預測出磨削加工后表面硬度。

技術領域

本發明涉及磨削加工技術領域，尤其涉及一種磨削沖擊強化硬度預測方法。

背景技術

磨削加工是指用磨料或磨具去除材料的加工方法，具有加工精度高，材料去除量少，加工表面質量好，自銳性優良等優點，廣泛應用于機械加工的最后一道加工工序。在磨削加工中，零件表層由于受到磨粒的沖擊，表面材料發生不同程度的塑性應變，導致組織位錯密度與流變產生增大，產生了表面強化現象。以此原理為基礎，人們開發形成了磨削沖擊強化技術。磨削沖擊強化很好的利用了磨削過程中產生的磨削熱與磨削力，經過磨削沖擊強化，零件的表面會形成特有的一定厚度的強化層，強度與硬度明顯增大，同時保持一定的韌性。強化層的形成極大的增大的零件表面的耐磨性，耐腐蝕性，耐沖擊性等性能，極大的延長的零件的使用壽命，使零件擁有更佳的使用性能。因此磨削沖擊強化不但實現了對零件的高精度加工，也有效提高了材料和能源的利用率，有較好的應用前景，也正在受到越來越廣的應用。

在磨削沖擊強化的應用過程中，對沖擊強化效果的預測與評價方法是一重要內容，較為準確的分析出各磨削參數條件下沖擊強化效應的強弱對優化加工效率，提高磨削后零件使用性能有重要意義。目前針對磨削沖擊強化效應的預測手段并不多見，現有的方法是用DEFORM等軟件建立單顆磨粒劃擦零件表面過程的仿真模型方法，從而求得該條件下表面塑性變形、應變等參數，從而估測沖擊強化效應。該方法能在一定精度范圍內對磨削沖擊強化效果進行預測。但由于該磨削建立的過程中通常沒有考慮熱因素，直接以軟件鍛壓塑性變形模塊進行求解，影響了模型精度；同時以單顆磨粒建立仿真模型，對整體砂輪面的多磨粒的影響考慮并不準確，也影響了最終沖擊強化效應的預測準確性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種磨削沖擊強化硬度預測方法,本方法基于磨削加工過程中的沖擊強化原理，能較為精確的預測出磨削加工后表面硬度。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

本發明提供一種磨削沖擊強化硬度預測方法，包括如下步驟：

步驟1：獲取待加工材料的材料屬性參數；所述材料屬性參數包括比熱容、導熱系數隨溫度變化值；

步驟2：輸入磨削基礎參數；所述基礎參數包括工件尺寸、砂輪寬度、砂輪轉速、砂輪直徑、磨削深度、進給速度；

步驟3：根據工件尺寸建立立體幾何模型，均勻劃分網格；

步驟4：確定載荷步，施加邊界條件，求解磨削溫度場；所述邊界條件為待加工材料上表面施加的邊界條件為熱流強度q_w，其他面熱流強度為零；

步驟5：獲取力學性能參數，據步驟4得出的磨削溫度場和力學性能參數求解磨削表面等效應變，所述力學性能參數包括彈性模量、線膨脹系數、屈服強度隨溫度變化值；

步驟6：根據磨削表面等效應變結果帶入維氏硬度與等效應變關聯模型內輸出磨削表面硬度值；

所述維氏硬度與等效應變關聯模型如下：

H_V＝cκ(ε₀+ε_e)ⁿ