[发明专利]一种单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法，包括：S100.建立单颗磨粒超声磨削模型，确定磨粒磨削工件时的运动轨迹；S200.计算磨粒磨削工件时流入工件的热流强度，根据磨粒的运动轨迹，建立高斯分布的热源模型；S300.建立工件的温度场算法模型，具体过程包括：S301.将工件的热传导过程简化为二维热传导，建立二维热传导偏微分方程；S302.根据步骤S200的热源模型，建立任意点热源对工件产生的温度场的计算方程；S303.联立求解二维热传导偏微分方程和任意点热源对工件产生的温度场的计算方程。本发明中，能够快速预测单颗磨粒超声磨削过程中，工件在磨削区域的温度场，同时能够解决时变可移动热源所带来的增温效应问题，计算结果十分精准，适于推广使用。

技术领域

本发明涉及超声磨削技术领域，特别涉及一种单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法。

背景技术

单颗磨粒超声磨削在加工工件的过程中不受其他磨粒的影响，是较为优良的加工方式。在单颗磨粒超声磨削加工中，磨削温度过高往往会导致工件表面产生烧伤和残余拉应力，影响工件的表面质量和抗疲劳强度，因此，研究磨削温度对工件的影响至关重要。

现有技术中，磨削温度对工件温度场的影响的研究主要通过实验进行检测或者通过有限元软件进行仿真预测，实验检测时间长，时效性差，有限元软件仿真预测只适用于磨粒运动单一、热源模型简单的磨削加工过程，无法解决时变可移动热源所带来的增温效应问题，预测不准确。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法，能够快速预测单颗磨粒超声磨削过程中，工件在磨削区域的温度场，同时能够解决时变可移动热源所带来的增温效应问题，计算结果十分精准，适于推广使用。

根据本发明第一方面实施例的单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法，包括以下步骤：

S100.建立单颗磨粒超声磨削模型，确定所述磨粒磨削工件时的运动轨迹；

S200.计算所述磨粒磨削所述工件时流入所述工件的热流强度，根据所述磨粒的运动轨迹，建立高斯分布的热源模型；

S300.建立所述工件的温度场算法模型，具体过程包括：

S301.将所述工件的热传导过程简化为二维热传导，建立二维热传导偏微分方程；

S302.根据步骤S200的热源模型，建立任意点热源对所述工件产生的温度场的计算方程；

S303.联立求解所述二维热传导偏微分方程和任意点热源对所述工件产生的温度场的计算方程。

根据本发明实施例的单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法，至少具有如下有益效果：

本发明的单颗磨粒超声磨削温度场数值模拟方法，首先，相比于通过实验进行检测，所需时间短，时效性好。其次，相比于现有的有限元软件只适用于磨粒运动单一、热源模型简单的磨削加工过程，本发明的算法模型，通过联立求解二维热传导偏微分方程和任意点热源对工件产生的温度场的计算方程，有效解决了时变可移动热源所带来的增温效应问题，准确性更高。此外，本发明的数值模拟方法，不仅适用于单颗磨粒超声磨削过程也适用于普通磨削过程，不仅可以帮助研究人员直观深入了解单颗磨粒超声磨削过程中加工温度的变化，预测工件的热损伤，更可以进一步探寻磨削加工过程中不同工况下各参量对磨削热的影响规律，促进磨削机理规律的探索研究，更有助于促进超声加工领域的进一步研究进展，适于推广使用。

根据本发明的一些实施例，步骤S200中，流入所述工件的热流强度Q_w的计算公式为：

Q_w＝H_u·η_wg·(Q_t-Q_ch)