Heat transfer analysis of intermittent grinding processes

An analysis of the temperature field of the workpiece in dry continuous grinding

“…These algorithms are based on formulas (5.5), (5.19) and (5.37) presented before. Assuming that the workpiece is a VT20 titanium alloy and using the values of the parameters tabulated in Table 1, see references [4,6], we show that the maximum point c + = 0.0072 ε m and that the maximum value of the temperature, reached on the workpiece surface, T max = T 0 +2T (0) (c + , 0) = 1042.23 K. These values agree with the temperature field shown in Fig. 2.…”

“…For the details of parameter Q s see references [6,8]. That is, the heat flux due to friction is localized exactly on the contact area (an infinitely long strip of width ε) between the wheel and the workpiece.…”

“…The heat partitioning to other heat sinks [5] is then fully decoupled. A numerical analysis of this solution was presented in [6]. In the present paper, we show that the solution of the mathematical problem [4] for the particular case of dry continuous grinding and in the steady-state is given by an expression that is analytically equivalent to the well-known integral formula of Jaeger [7].…”

New Integrals Arising in the Samara-Valencia Heat Transfer Model in Grinding

“…Also, the heat flux profile entering the workpiece and the action of the coolant are considered in the boundary condition. In [5], this boundary-value problem is transformed into an integral equation that is useful for the numerical evaluation of the heat transfer in intermittent wet grinding [6]. However, in the case of dry grinding, this integral equation can be reduced to a two-dimensional integral ( (0) theorem) [7].…”

Active Control of the Residual stress in Inconel718 Grinding Assisted by the Strengthen Induction Heating

“…Inconel718 合金零件所占的重量比在 CF6 发动机中 占 34%，CY2000 发动机中占 56%，PW4000 发动机 中占 57% [2] 。Inconel718 主要应用于燃气涡轮发动 机的涡轮盘及压气机 4～9 级叶片，工作温度为 550～650 ℃ [2] 。Inconel718 叶片的最终加工工艺通 常为磨削，而磨削往往会在表面形成较大的残余拉 应力，因此会大幅降低零件的工作服役性能，尤其 是疲劳强度和寿命 [3][4] 。根据国内外一般的零件抗疲 劳性能要求，零件最终磨削残余应力在一定深度范 围内应具有较小的值(-100 MPa～100 MPa)， 且表面 最好是压应力 [5][6] 。 国内外研究学者近几十年来针对磨削过程进行 了较深入的研究，包括磨削过程及残余应力的有限元 仿真和试验分析。陈仁海等 [7] 和胡忠辉等 [8] 团队的研 究成果均表明磨削残余应力是机械作用、热作用和相 变综合作用的结果。王西彬等 [9][10] 、田欣利等 [11][12][13][14] 对 陶瓷材料磨削进行了系统深入的研究。陶瓷材料属于 硬脆性材料，虽然其磨削性能与高温合金不同，但是 仍有借鉴意义。研究结果表明磨削力产生残余压应 力，而磨削温度是引起表面残余拉应力的最主要因 素。康仁科和任敬心团队 [15][16][17][18] 、李晓天等 [19] 对高温合 金及超高硬度材料的磨削研究发现，残余拉应力与磨 削力影响不十分明显，主要与热作用表面烧伤有关。 国外学者 [20][21][22][23] 的研究也认为，磨削表面残余应力是由 磨削力、热作用和相变综合形成，并且磨削区的高温 以及高温度梯度是形成残余拉应力的主要因素。 针对磨削区表面的过高温度这一问题，目前所 使用的大多数方法都是通过采用较小的磨削用量、 采用冷却介质等来降低磨削区温度 [24][25][26][27] 。这种做法 会降低生产效率，且冷却介质如果不能有效降低温 度，零件表面仍然不能保证 100%的残余压应力分 布，仍需要进行后续喷丸等工艺处理。而对工件磨 削表面的喷丸处理通常会破坏工件表面，引起工件 变形，增加零件加工时间以及成本，极大地影响生 产效率 [28][29] 。 本文从降低磨削温度梯度这一想法出发，提出 一种基于强化感应加热工艺辅助磨削的复合工艺， 并在前期研究了感应加热工艺的建模和工艺参数对 加热温度的影响 [30][31][32] …”