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强冷磨削一种控制表面残余应力的有效方法-【新闻】传感器

发布时间:2021-04-20 12:07:31 阅读: 来源:核桃厂家

强冷磨削:一种控制表面残余应力的有效方法

一、强冷磨削机理

在常规磨削过程中,比压和摩擦较大,磨削区域温度较高,工件表面常常因热塑性变形而产生残余拉应力。对被加工材料表面实施快速强制冷却,一方面可以降低磨削表面的温度,减少由此产生的塑性变形与磨削烧伤现象;另一方面会在材料表层形成一个以冷缩为主要特征的预应力场,与磨削过程中力和热所形成的应力场实现非线性叠加,抑制残余拉应力的产生,并可导致残余压应力的产生。强制冷却磨削正是根据这种机理提出的。

强冷磨削试验采用液氮作为冷却介质。液态氮的温度为-276℃,是化工产业的副产品,无毒,无污染,容易获取,是一种很好的冷却介质。将其喷注在被加工材料表面,通过氮的挥发可以迅速吸收大量热量,使冷却场覆罩下的工件表面温度急剧下降,工件表面遇冷而收缩,工件材料脆性增加,加工中塑性变形减轻。与常规磨削的情况相比较,强冷磨削时,快速强制冷却收缩的效应集中于被加工材料最外层,最外层以下的内部材料冷缩程度相对较轻,冷却速度也较慢,导致工件表层相对里层发生了不均匀的弹塑性变形。解除强冷作用后,较大的相对温差使工件表层发生扩张,导致已加工表面残余压应力的产生。而在常规磨削后,工件表层温度降低并发生收缩,导致已加工表面残余拉应力的产生。

强冷磨削时,液氮喷注的方向和部位可以是待加工表面区和已加工表面区。向待加工区域喷注是用以冷却待加工区域材料表层,形成冷缩预应力场;向已加工区域喷注是加速工件冷却过程,使最外层急剧冷却与里层形成较大梯度温度场。两种方式都在随后恢复常温过程中,因表层扩张而产生残余压应力。

二、强冷磨削实验

2. 试验条件

工件表面层的冷却程度和冷缩预应力状态与液氮流量q、工件与液氮喷嘴相对移动速度、被加工材料热特性等因素有关,通过对流量q、速度vw和磨削用量的控制,达到实现对已加工表面残余应力状态的主动控制。

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