(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210743268.9 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 湖北汽车工业学院 地址 442002 湖北省十堰市车城西路167号 申请人 重庆大学 (72)发明人 孟凡明　王红霞　王长清　龙江　 郑勇　 (74)专利代理 机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 1 1275 专利代理师 廖曦 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 随工艺参数变化的外摆线热源外圆磨削温 度场求解方法 (57)摘要 本发明涉及一种随工艺参数变化的外摆线 热源外圆磨削温度场求解方法， 属于磨削温度控 制领域。 该方法通过迭代法求解Reynolds方程获 得了磨削液压力和平均流速， 确定了工件和磨削 液的对流换热系数， 基于位姿坐标变化方法确定 了砂轮磨粒运动轨迹与磨削工艺参数和砂轮类 型之间的映射关系， 确定了随工艺参数变化的外 圆磨削外摆线热源形状， 并利用移动热源法求解 磨削温度。 本发 明提供的方法能够考虑磨削工艺 参数对外圆磨削表面形貌和温度的影 响， 从而更 加准确地分析磨削过程中的温度场分布情况， 为 工程实践中工艺优化设计和外圆磨削温度控制 提供了理论指导。 权利要求书4页 说明书9页 附图2页 CN 115017775 A 2022.09.06 CN 115017775 A 1.随工艺参数变化的外摆线热源外圆磨削温度场求解方法， 其特征在于： 该方法包括 以下步骤： S1： 计算砂轮磨削力， 工件的圆心为O1， 半径为rw， 转速为ωw； 砂轮圆心为O2， 半径为rw， 转速为ωs且与工件转动方向相反， 两相邻磨粒a和b之间的夹角为γ， 磨削深度定 义为ap； 磨 削过程中相邻磨粒 的轨迹之间的部分为未变形切屑； 假设砂轮表面磨粒均匀分布， 圆锥形 磨粒的半顶角为θ， 给定砂轮粒度M， 计算任意两磨粒之间的间距为ω和单位时间内的磨粒 数目N， 即 同时， 根据流动应力理论对单颗磨粒进行受力分析， 假定半径为rs的砂轮以转速ns磨削 半径为rw的工件， 磨削深度为ap时， 磨粒切向磨削力Fti和法向磨削力Fni表示为： 进一步获得外圆磨削过程中总切向磨削力Ft和法向磨削力Fn， 即 S2： 根据磨削工艺参数及砂轮参数， 计算砂轮磨粒磨削轨迹(x,y)， 根据磨粒间距求解 磨粒相位差γ， 从而获得未变形切屑厚度F(x)， 并进 行归一化处理， 根据热源大小与未变形 磨屑厚度的正比关系确定 外摆线热源形状； S3： 根据磨粒运动状态和弹 塑性原理， 计算实际磨削接触弧长度lc； 式中， Fn为单位法向磨削力， Rr是粗糙度因子， B表示砂轮宽度， Es、 Ew分别是砂轮和工件 的杨氏模量， μs、 μw分别是砂轮和工件的泊松比； 计算工件 对流换热系数hw, 其中， βw为工件热特性系数， 其中λw是工件热传导系数， ρw是工件密度， vw表示工件线速 度， 且vw＝2πnw， C1与Peclet数的大小有关， 且当Pe<0.2时， C1＝0.76； 当0.2≤Pe≤10时， 当Pe≥10时， C1＝1.06； S4： 根据砂轮与工件的转动速度， 使用线性迭代法求解Reynolds方程获得磨削接触区权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115017775 A 2的磨削液压力分布p， 满足收敛条件后， 使用有限差 分法求解磨削液平均流速u， 进而获得工 件对流换热系数hw； S5： 确定磨削接触弧区的热流分配比， 根据磨削液的平均流速u确定雷诺数Re， ρl表示磨削液密度， hl表示磨削液特征厚度， η表示磨削液粘度系数； 根据Re判定磨削液 流动状态， Re>2300时判定为湍流状态， Re>2300时判定为层流状态， 计算磨削液对流换热系 数hf； S6： 分别求解工件 ‑砂轮、 工件 ‑磨屑的能量分配比， 进而获得进入工件的能量分配比例 Rw； 式中， r0和kg表示磨粒有效接触半径和 热导系数， vs表示砂轮线速度， 且vs＝2πns， αw是 工件热扩散系数， 且 其中， λw是工件热传导系数， ρw表示工件密度， cw表示 工件比热容； 剪切应变 最大未变形磨屑厚度 agmax表示为 S7： 求解总热源强度qm， 根据砂轮磨粒轨 迹计算外摆线热源热流分布状态q( ξ )； S8： 基于外摆线热源热流分布状态q( ξ )、 热分配比系数Rw及磨削接触弧实际长度lc， 使 用移动热源法求 解外圆磨削温度场， 工件上任意 点的温升T(x,z)表示 为 2.根据权利要求1所述的随工艺参数变化的外摆线热源外圆磨削温度场求解方法， 其 特征在于： 在所述S2中， 磨粒轨 迹方程求解过程如下： S201： 根据磨削工艺参数及砂轮参数， 计算砂轮磨粒磨削轨迹(x,y)， 根据磨粒间距求 解磨粒相位差γ， 在工件坐标系中， 磨粒轨 迹的参数化方程表示 为 x＝(rs+rw‑ap)cos(ωwt)+rscos[±ωst‑(n‑1)γ]             (11a) y＝(rs+rw‑ap)sin(ωwt)+rssin[±ωst‑(n‑1)γ]             (11b)权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115017775 A 3