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1、内圆磨削过程计算机仿真e（ee）指导教师：e摘要随着有限元技术的不断发展和完善，工程中越来越多的问题都采用该方法来解决。金属磨削是机械制造行业中最重要的加工工艺，研究磨削过程、实现优化磨削。圆环内圆磨削会导致加工表面产生热变形的尺寸误差和形状误差，故应对圆环内圆磨削过程进行精确分析与研究。加之圆环内圆磨削过程是一个不断升温的过程，整个过程工件上的温度在不断变化，构成一瞬态温度场。通过分析建立温度场模型、对圆环内孔磨削温度场进行仿真、分析内圆磨削温度场分布情况及受热变形过程。因此，利用有限元软件对内圆磨削过程进行模拟仿真，在很大程度上克服了数学模型难以描述、求解困难等问题。关键字:内圆磨削；温度
2、场；热变形；有限元仿真；Internal Grinding Process Computer Simulatione(e)tutor:eAbstract：Along with finite element technology development and improvement,more and more projects are solved by this method.Metal grinding machinery manufacturing industry is the most important process,grinding process,grinding to ac
3、hieve optimization research.Internal grinding for circular ring causes the surface deformation of the dimension error and shape error,so the answer within the ring grinding process for accurate analysis and research.Together with the inner circular ring grinding process is a continuous heating proce
4、ss,the entire process of workpiece temperature changing,form a transient temperature field.Through the analysis of temperature field is established,the model of ring inner bore grinding temperature field simulation,analysis of internal grinding temperature field and thermal deformation process.There
5、fore,using the finite element software for internal grinding process simulation,largely overcome mathematical model is hard to describe,solve the difficult problems.Key words：internal grinding; temperature field; thermal deformation; finite element simulation;I目 录第一章 绪论 .11.1前言 .11.2国内外研究现状及分析 .21.2
6、.1有限元法在金属磨削研究中的国内外发展状况 .21.2.2有限元法在金属磨削研究中的国内外发展状况 .31.3本文意义及研究内容 .3第二章 有限元简介 .52.1有限元法的由来 .52.2有限元法的基本思路 .52.3有限元的发展 .52.4有限元软件介绍 .6第三章 热分析基本知识 .83.1热分析符号与单位 .83.2传热学经典理论 .83.3热传递方式 .93.3.1热传导 .93.4热分析材料基本属性 .93.4.1比热容 .103.4.2生热率 .103.5热载荷 .103.6稳态与瞬态热分析 .103.6.1稳态传热 .103.6.2瞬态传热 .103.7平面热应力 .11第四
7、章 磨削温度场及热变形有限元分析 .124.1金属磨削热 .124.1.1磨削热的产生与传散 .124.1.2影响磨削温度的主要因素 .134.1.3磨削区温度分布的理论解析 .144.2圆环内孔磨削有限元仿真 .14II4.2.1圆环内孔磨削过程的数学模型 .154.3圆环内孔磨削的温度场分析 .164.3.1稳态热有限元建模 .164.3.2瞬态热有限元建模 .204.4平面应变有限元建模 .244.4.1前处理 .244.4.2加载求解 .244.4.3后处理 .254.4.4圆环内孔磨削应变计算结果 .25总结与展望 .29致谢 .31参考文献 .32附录 .331第一章 绪论1.1
8、前言在工业发达国家中，国民经济创造物质财富部分，制造业占三分之二，其它如农业、林业、渔业、矿业和建筑业等共占三分之一。在各种制造业中，机械制造业占据着主导地位，各个经济部门都必须有相当比重的机械制造力量，其中磨削加工和磨削加工在机械制造过程中所占比例最大、用途最广。目前机械制造中所有工作母机有80%90%为金属磨削机床;美国和日本每年消耗在磨削和磨削加工方面的费用分别高达1000 亿美元和 10000 亿美元;我国所拥有的金属磨削机床已超过 300 万台，各类高速钢刀具的年产量达 3.9 亿件，用于制造刀具的硬质合金年产量达 5000 吨。21 世纪，磨削和切削仍将是获得精密机械零件的最主要的
9、加工方法。一般磨削加工作为机械零件的终加工工序，其作用是保证零件的形状精度和表面粗糙度。但磨削过程会产生大量的热，热量传给工件以后会使工件产生热变形和热变形误差。以前对磨削的温度场研究较多，但对磨削工件的热变形研究较少。圆环内孔磨削将导致加工表面产生热变形的尺寸误差和形状误差，这个误差过大将导致零件无法正确工作，故应对圆环内孔磨削过程进行精确分析与研究。而且磨削过程是一个很复杂的工艺过程，它不但涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学，还有热力学、摩擦学等。磨削质量受到砂轮形状、磨屑流动、温度分布、热流和砂轮磨损等影响。磨削表面的残余应力和残余应变严重影响了工件的精度和使用寿命。利用传统的解析法，很
10、难对磨削机理进行定量的分析和研究。为了深入了解工程材料的磨削加工性能，必须进行大量的磨削试验，找出工程材料的磨削加工性和砂轮材料的磨削性能。而大量的磨削试验消耗大量的人力、物力和时间，而且单纯的试验分析也难以找出最优磨削参数，因此我们需要找到一种对材料磨削加工性能进行分析的方法来减少磨削试验。采用可视化的数值模拟技术，借助国际上通用的大型有限元软件，来实现对金属磨削过程的动态模拟，以此对磨削区域中的应力场与应变场进行分析，进而对磨削过程的参数进行优化，使金属磨削过程的研究更加快捷有效。圆环内圆磨削过程是一个不断升温的过程，整个过程工件上的温度在不断变化，构成一瞬态温度场。瞬态温度场的解析分析比较复杂，宜采用数值仿真软件进行计算。ANSYS 是功能较强的通用有限
