40Cr调质钢磨削强化温度与强化效果试验研究任务书与开题报告

毕业设计（论文）课题任务书 题目名称 ： 40Cr 调质钢磨削强化温度与强化效果试验研究 1. 内容及要求： （ 1） 磨削强化研究的目的和意义； （ 2） 40Cr 磨削强化试验方案的制定及试样的制作； （ 3） 40Cr康铜非标热电偶的温度标定； （ 4） 40Cr 磨削强化用量条件的优化； （ 5） 优化用量条件下的 40Cr 磨削强化温度测量及冷却速度的确定； （ 6） 磨削强化效果的测定（硬度、金相组织、硬化层厚度）及其机理分析。 2. 主要技术指标： （ 1） 正确的 40Cr康铜非标热电偶的温度标定曲线； （ 2） 试验确定出最优的磨削用量组合条件； （ 3） 试验确定出适于磨削强化的磨削温度和冷却速度（磨削温度在 830 900 ； 冷却速度 30 /S）； （ 4） 要求磨削强化后的 40Cr 试样强化层金相组织为淬火马氏体，硬化层深度在 0.71.3mm。 要求磨削强化的试样表面硬度 HV512。 3. .进度安排： 起 迄 日 期 2005.4.52005.4.15 2005.4.162005.4.20 2005.4.212005.4.30 2005.5.82005.5.20 2005.5.212005.5.31 2005.6. 12005.6.10 工 作 内 容 查阅国内外相关文献，了解课题研究背景，制定课题研究方案； 40Cr康铜非标热电偶的温度标定； 40Cr 磨削强化用量条件的优化； 优化用量条件下的 40Cr 磨削强化温度测量及冷却速度的确定； 磨削强化效果的测定（硬度、金相组织、硬化层厚度）及其机理分析； 对试验归纳总结并撰写论文。 备 注 4. 参考文献： 1. 磨削原理，任敬心，西安 西北工业大学出版社 1988.6 2. 磨削淬硬 磨削加工与表面淬火集成技术，葛培琪，工具技术， 2001.1 3. Utilization of grinding heat as a new heat treatment process， Brinksmeier E， Annals of CIRP， 1996.1 4. 磨削基础，郑善良，上海 上海科学技术出版社， 1998.3 5. 实用磨削技术，李伯明 ,北京 机械工业出版社， 1996.1 6. 磨削缺陷的预防，库拉柯夫（俄），北京 机械工业出版社， 1987.2 7. 金属学及热处理，胡德林，西安 西北工业大学出版社， 1994.6 8. 葛培琪等 . 磨削淬硬 磨削加工与表面淬火集成制造技术 . 工具技术 . 2001， 35（ 1） :710 9 刘菊东等 . 磨削淬硬工艺的研究现状与发展趋势 . 现代制造工程 . 2003，（ 11） :8183 10 刘菊东等 . 基于磨削加工的表面形变淬火工艺 磨削淬硬 . 工具技术 . 2004， 38（ 7） :1114 11 吴金升 . 磨削热扫描式硬化处理之研究 . 中国台湾 : 国立高雄第一科技大学 D， 2004 12 I. Zarudi, L.C.Zhang. Mechanical property improvement of quenchable steel by grinding. Journal of Materials Science, 2002, 37（ 18）： 39353943 13 Venkatachalapathy. V.S.K, Rajmohan. B. Experimental studies on the grind-hardening effect in cylindrical grinding. Materials and Manufacturing Processes. 2003, 18（ 2）： 245259 14 T. Brockhoff. Grind-Hardening: A Comprehensive View. Annals of the CIRP, 1999, 48（ 1） : 255260 15 I.Zarudi I, Zhang L.C. Modeling the Structure Changes in Quenchable Steel Subjected to Grinding. Journal of Materials Science, 2002,37(20):43334341 指导教师： 年 月 日 系审查意见： 主任 年 月 日 说明：毕业设计任务书由指导教师根据课题的具体情况填写，经系审查，主任签字后 生效。此任务书在毕业设计开始前一周内填写并发给学生。 南京航空航天大学 毕业设计（论文）开题报告 （本科 2001 级） 机电 学院 _机械工程及自动化 _专业 设计（论文）题目 40Cr 调质钢磨削强化温度与强化效果试验研究 学生姓名 _ 学号 _ 起迄 设计地点 南京航空航天大学机电学院 指导教师 _ _ 2005 年 4 月 2 日 毕业设计（论文）开题报告 1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 1500 2000 字左右的文献综述。 本课题选用了一种在工程实践中具有广阔运用背景的 40Cr 调质钢进行磨削强化试验研究。 目前国内外普遍采用的先将 40Cr 调质钢表面感应淬火强化处理，然后再粗磨和精磨的工艺至少存在以下弊端：一是零件在表面淬火后所进行的粗磨加工可能会对已淬硬表层造成热损伤；二是磨削产生的大量热能被白白浪费；三是工艺路线长，生产效率低，制造成本高。不过，这也容易使人联想到既然磨削热能使工件表面层温度达到相变温度以上，为何不利用粗磨产生的磨削高温，再施以恰当的冷却速度，直接对材料表层强化，然后再精磨获取所要求的精度和表面质量，从而省去了感应加热表面淬火工序，简化了生产工艺，主动消除 了磨削热产生的消极作用，充分有效地利用了磨削热。基于以上分析，提出了利用磨削强化处理技术替代高、中频感应淬火工艺对 40Cr 调质钢进行表面强化，即将磨削加工与表面强化复合为一体。 近年来，国外许多基础性研究则是主动利用磨削热对工件表层进行强化处理，以改善工件表层材料性能。 1994 年，德国的 E. Brinksmeier 和 T. Brockhoff 首次提出了调质钢零件磨削强化的新工艺，并于 1996 年、 1998 年和 1999 年进一步阐述了这项新工艺在工业中应用的可行性及相关试验研究结果。 2002 年澳大利亚的 I. Zarudi 和 L.C. Zhang， 2003 年印度的 Venkatachalapathy. V.S.K 和 Rajmohan. B.也相继发表了他们的研究论文。国外已取得的研究成果可归纳为以下几点：（ 1）磨削强化工艺分两个阶段完成：首先利用粗磨产生的磨削高温对工件表层强化，然后再精磨达到所要求的尺寸精度和表面质量；（ 2）磨削强化是短时间内奥氏体化的工件表层经自冷却向马氏体相变的结果；（ 3）磨削强化通常采用干式磨削；（ 4）用刚玉砂轮磨 40CrMnMo调质钢（ ap=1mm， s=35m/min， w=0.5m/min，干磨 ），得到了马氏体强化层，强化层深度达 1.8mm，表面强化层存在残余压应力，表面无裂纹；（ 5）成功强化出一些工件样品，并对其耐磨性进行了试验研究，取得了较为理想的试验结果。以上国外取得的利用磨削热进行工件表层强化的富有成效的研究成果，吸引了包括我国台湾在内的国内一些学者的关注，出现了一些介绍国外研究现状的综述文章和跟踪研究论文，对推动磨削强化工艺在我国的研究迈出了可喜的一步。可见，在材料去除加工的同时对工件表面进行强化处理的方法具有潜在的发展前景。 然而， 到目前为止， 不论国内还是国外，将磨削强化工艺应用到工业化 生产中去尚有诸多基础问题需要解决。 对相关文献的分析研究表明，磨削强化组织形成机理的研究尚需完善。在材料一定时，磨削强化组织及其性能取决于磨削温度、温度作用时间及冷却速度，而已有的研究在没有测温、控制温度作用时间和冷却速度的情况下，仅局限于采用某一特定磨削用量条件和试样自身冷却条件下的试验或模拟结果来解释磨削强化组织的形成机理，显然不充分且有些盲目，这无疑将直接影响该项新工艺研究的理论价值和实际应用价值。不难看出，国内外目前关于磨削强化的基础研究尚处于起步阶段，在如何有效控制磨削温度、温度作用时间、冷却速度 ，进而保证磨削强化层质量这一关键问题上，至今未能形成明确的思路和完整构想。故对磨削强化过程中温度进行在线测量，并对强化后材料强化层组织进行测试分析，探索适应良好磨削强化效果的磨削工艺，对于保证强化质量，控制工艺稳定性具有关键意义。 磨削强化工艺将磨削加工与工件表面强化复合为一体，从而使得磨削加工、传热学、材料学、热处理等多个学科领域交叉融合并开拓一个极富潜力的研究方向，最终建立的磨削强化理论体系将具有较高的学术理论价值，应用到生产领域将产生很好的经济效益和社会效益。我国能源紧张，价格高，而且劳动生产率低，所 以机械产品成本高，产品竞争力差。 40Cr 调质钢磨削强化处理工艺优异的技术经济特点，对于我国在市场竞争中渴望得以生存和发展的生产企业，无疑将具有很大的吸引力， 2.毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法： 本课题的主要任务就是要找到适合 40Cr 钢进行有效磨削强化的工艺参数。需解决的主要问题包括：磨削工艺参数（如进给量、切削速度、进给速度等）与磨削强化效果的关系 。 拟采用的方法： （ 1） 针对 40Cr 钢的淬透性特点制定合适的磨削工艺参数，包括切削深度，进给速度，切削速度及砂轮种类。 （ 2） 对 40Cr康 铜非标热电偶进行标定，在此基础上，对 40Cr 钢进行磨削强化试验，测量磨削过程中的磨削温度，优化磨削参数，以实现最佳磨削强化效果。 （ 3） 对磨削试样进行硬度测试，确定硬度与工艺参数的关系，并