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镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析

黄文科 曾鑫 周胜

黄文科, 曾鑫, 周胜. 镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 129-135. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.019
引用本文: 黄文科, 曾鑫, 周胜. 镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 129-135. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.019
HUANG Wenke, ZENG Xin, ZHOU Sheng. Finite element analysis of outlet burr for grinding nickel-based superalloy[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 129-135. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.019
Citation: HUANG Wenke, ZENG Xin, ZHOU Sheng. Finite element analysis of outlet burr for grinding nickel-based superalloy[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 129-135. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.019

镍基高温合金磨削出口毛刺的有限元分析

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.019
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(11902113);湖南省教育厅科学研究项目优秀青年项目(22B0584)
详细信息
    作者简介:

    黄文科,男,1991年生,硕士研究生,研究方向为合金材料表面质量的研究。E-mail:707604501@qq.com

    通讯作者:

    曾鑫,男,1986年生,博士,讲师,研究方向为合金材料的强韧化机理和表面特性的微观机理研究,发表论文10多篇。E-mail:14260@hut.edu.cn

  • 中图分类号: TG580.1

Finite element analysis of outlet burr for grinding nickel-based superalloy

  • 摘要: 为揭示镍基高温合金磨削过程中出口毛刺的形成机理,文章建立了单颗PCBN磨粒高速磨削Inconel718合金的二维模型,并验证了模型的可行性。运用仿真软件DEFORM-2D对磨削出口毛刺的形成过程进行了研究,将其形成过程分为了8个阶段,并在不同磨削条件下采用正交实验法分析了磨削速度、磨削深度、磨粒圆锥角和磨粒刃口半径对磨削出口毛刺的影响规律。研究表明:磨削出口毛刺的尺寸主要由毛刺宽度和高度组成,毛刺宽度和高度均对磨削深度比较敏感,磨削深度越大,毛刺的宽度和高度也越大。另外,磨削速度、磨粒顶锥角、磨粒刃口半径增大,毛刺宽度也随之增加,但毛刺高度对这3个参数不是很敏感。

     

  • 图  1  单颗磨粒磨削模型

    图  2  磨削出口毛刺高度的仿真与实验结果对比

    图  3  磨削出口毛刺的形成过程

    图  4  磨削出口毛刺的测量方法

    图  5  磨削速度对出口毛刺尺寸的影响趋势图

    图  8  磨粒刃口半径对出口毛刺尺寸的影响趋势图

    图  6  磨削深度对出口毛刺尺寸的影响趋势图

    图  7  磨粒顶锥角对出口毛刺尺寸的影响趋势图

    表  1  Inconel718合金J-C本构模型中的参数值

    A/
    MPa
    B/
    MPa
    n C m Tr /
    ( ℃)
    Tm/
    ( ℃)
    963 937 0.333 0.022 1.3 20 1 260~1 320
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    表  2  PCBN磨粒材料属性

    材料
    名称
    弹性
    模量
    E/GPa
    泊松比
    μ
    热膨胀
    系数
    Α/(K−1
    导热
    系数
    λ/(W/(m·K))
    比热容
    C/ (J/(kg·K))
    密度
    $ \rho $/(kg/m3
    PCBN 720 0.11 5×10-6 140 670 3480
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    表  3  正交实验的因素水平

    水平 实验因素
    磨削速度ν/(m/s) 磨削深度
    ap/μm
    磨粒顶锥角2θ/(°) 磨粒刃口半径r/μm
    1 45 10 50 5
    2 60 12.5 60 10
    3 75 15 70 15
    4 90 17.5 80 20
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    表  4  正交实验方案和实验结果

    序号 ν/(m/s) ap/μm 2θ/(°) r/μm h/μm w/μm
    1 45 10 50 5 26 52
    2 45 12.5 60 10 31 86
    3 45 15 70 15 35 92
    4 45 17.5 80 20 47 113
    5 60 10 60 15 24 78
    6 60 12.5 50 20 32 89
    7 60 15 80 5 44 87
    8 60 17.5 70 10 50 97
    9 75 10 70 20 25 98
    10 75 12.5 80 15 31 105
    11 75 15 50 10 39 81
    12 75 17.5 60 5 48 79
    13 90 10 80 10 26 82
    14 90 12.5 70 5 32 121
    15 90 15 60 20 37 103
    16 90 17.5 50 15 51 95
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    表  5  磨削出口毛刺高度极差表

    因素 K1 K 2 K 3 K 4 R 主次顺序 优水平
    ν 34.75 37.50 35.75 36.50 2.75 2 1
    ap 25.25 31.50 38.75 49.00 23.75 1 1
    2θ 37.00 35.00 35.50 37.00 2.00 4 2
    r 37.50 36.50 35.25 35.25 2.25 3 3、4
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    表  6  磨削出口毛刺宽度极差表

    因素 K 1 K 2 K 3 K 4 R 主次顺序 优水平
    ν 85.75 87.75 90.75 100.25 14.50 2 1
    ap 77.50 100.25 90.75 96.00 22.75 1 1
    2θ 79.25 86.50 102.0 96.75 22.75 1 1
    r 84.75 86.50 92.50 100.75 16.00 3 1
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