!毕业设计开题报告高频感应钎焊CBN砂轮过程温度场有限元仿真研究学院：机械工程学院班级：学生姓名：指导教师：职称：2012 年12月 2 日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及学院教学院长审查后生效；2．开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴；3．毕业设计开题报告应包括以下内容：（1）研究的目的；（2）主要研究内容；（3）课题的准备情况及进度计划；（4）参考文献。

4．开题报告的撰写应符合科技文献规范，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。

5．开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。

附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。

6．“课题性质”一栏：理工类：A..理论研究B.工程设计C..软件开发D. 应用研究E.其它经管文教类：A.理论研究 B.应用研究 C.实证研究 D.艺术创作 E.其它“课题来源”一栏：A.科研立项B.社会生产实践C.教师自拟D.学生自选“成果形式”一栏：A.论文B.设计说明书C.实物D.软件E.作品毕业设计开题报告附页一、研究目的、意义上世纪中期， CBN工业化生产的实现是磨料行业所取得的具有里程碑意义的突破性成果，这种超硬磨料在适应面上的互补性，使由它们所构成的可加工范围覆盖到了包括各种高硬、高脆、高强韧性材料在内的几全部被加工材料，磨削加工由此进入了一个有条件实现高效作业的新时代[1]。

国外在上世纪八十年代中后期开始研究用高温钎焊技术（高频感应钎焊是利用高频感应加热原理工作的，就是在高温或高压条件下，使用焊接材料将CBN 材料与砂轮母材链接成一个整体的操作方法。

），研究结果表明高温钎焊可以实现非常高的界面结合强度，这样钎焊砂轮就可以极大扩展了其容屑空间[2]。

具有优化地貌的钎焊单层CBN工具具有磨粒出露高、容屑空间大、基体对CBN磨粒把持强度高以及高的锋利度、高的磨削效率和磨料利用率等特点。

高频感应钎焊CBN工具是制造CBN工具的全新方法。

高频感应钎焊CBN砂轮在经济和学术研究上都有极大价值，而研究高频感应钎焊CBN砂轮过程温度场进行有限元仿真对于高频感应钎焊CBN砂轮技术的温度场控制具有极高的辅助参考价值。

二、研究现状国外在超硬磨料高温钎焊研究上起步较早[3、4] 。

90年代初，瑞士A.K.Chattopadhyay等用火焰喷镀法把Ni-Cr钎料合金镀于工具钢基体上，并将金刚石排布在钎料层而上，然后在1080度,氩气保护下感应钎焊30秒来实现金刚石与钢基体结合。

实验结果表明了Ni-Cr钎料合金对金刚石的良好浸润性.Wiand等美国专利上介绍的方法是：焊料(Ni-Cr)金属粉加有机粘结剂制成钎焊漆，把包衣金刚石粘在工具钢基体上，然后涂附钎焊漆，再加热到一个适中的温度并保温一定时间以排除挥发物质。

在真空炉或干式氢气炉中加热到1100℃左右，保温1小时，钎焊的同时完成金刚石的表面金属化.德国的A.Tmnkcr等在钎焊过程中分别采用了镍基活性钎料和镍基钎料来实现金刚石与基休的结合。

目前，国内开展超硬磨料高温钎焊研究工作的主要有南京航空航天大学、西安交通大学、华侨大学等机构。

首先通过研究切实掌握了这种超硬培料真空高温炉内钎焊的核心技术，并提出了按优化设计的砂轮地貌择优排布磨料钎焊制作单层超硬磨料砂轮的创新构想，与国外基本同步在实验室条件下研制具有优化地貌的镍忤合金真空高温炉内针焊单层超硬管料砂轮获得成功。

目前在高温钎焊领域，常用的方法有电阻炉加热真空高温钎焊、高频感应加热钎焊、激光钎焊等。

高频感应加热钎焊是利用交变磁场电场感应现象，场中的工件上的涡流效应对工件进行加热，使钎料熔化从而实现钎焊的一种方法，电流的交变频率在10KHZ 以上。

与其它钎焊方法相比，感应钎焊具有独到的特点：加热速度快，易于实现局部加热，可实现热最的集中，温度易控制，易于实现自动化，既能保证工具被加热区的加热要求，又能保持其他区域性质不变并且机会不会产生变形，这些特点也使感应加热更符合目前社会市场的快速、敏捷、低成本的市场要求，尤其对单件和散件产品的生产更具有独特的优势。

上海大学杭国平对感应加热过程的有限元计算做过研究[6]，在《感应加热问题的有限元分析》一文中，计算了感应加热圆柱型工件的温度场，编制了计算三维涡流问题的有限元程序，利用温度场计算结果，计算了感应加热零件的热应力场及应变场。

作者采用直角坐标系，根据对称性，计算时取圆截面的四分之一计算，用有限元法计算的结果与用理论公式计算得到的涡流深度相比较，结果差异不大。

作者用有限无法，将感应加热涡流场、温度场、热应力场联系起来计算，对感应热处理的整个过程进行模拟计算，是种非常好的尝试。

其计算的不足之处在于，计算中假定加热时材料的各项物理参数为常值，这与实际情况有很大差异，尤其是对干铁磁材料的导磁率，在温度达到居里点时，将变为真空的导磁率，对加热效果影响很大，因此作者的计算结果必然会有较大误差。

同时，外加电流载荷只是简单的加在工件表而一层单元上，忽略了线圈与工件间空气间隙的影响，只是简单说明了传统的理论计算方法与有限元方法的计算结果误差相差不大，并没有起到说明有限元方法优越性的作用，对计算结果及其与理论计算结果的误差也没有进行分析说明。

航空工业部第五设计院千肇智曾经用有限差分方法对感应加热工件温度分布进行过模拟[7]，对于具有规则的几何特性和均匀的材料特性问题，它的程序设计和计算过程比较简单，收敛性也较好，但是也显示出了差分法的局限性，往往局限于规则的差分网格以及几何和物理上不是十分复杂的问题，并且采用有限差分方法求出的温度场的迭代矩阵都是非正定的，要用亚松弛法进行迭代，而松弛系数的选取存在很大的困难，程序编制的工作量大。

王璋奇[8]等研究了管道感应加热的数学模型，对一典型的厚壁管道感应加热过程进行数值模拟，给出了温度场的仿真结果，对管道感应加热过程参数的确定有一定的指导意义。

北京机电研究所利用ANSYS对厚壁筒形工件连续感应加热处理进行了有限元模拟[9]。

计算了热处理过程中工件的温度变化和加热功率变化，并预测淬火时的组织转变。

但是山于没有解决工件运动的问题，忽略了工件轴向热传导的计算，对于所研究的连续感应热处理生产线的问题，必然会带来较大误差。

同时，作者处理工件材料的相对磁导率时，采用了“反推法”，即先采用预估的方法，进而将模拟结果与实际情况对比来验证假设的参数值。

将模拟方法与模拟过程存在的误差集中到相对磁导率参数的选取上，不能对模拟结果与影响参数进行合理的分析，也达不到避免重复试验的计算机模拟的目的。

戴挺[10]对半固态坯料感应二次加热的特点及规律进行了模拟分析，认为单段式感应二次加热难以获得较均匀的温度分布，分段加热应先以高功率快速加热，再切换为小功率加热，然后辅以短时保温，可使坯料内温度分布更均匀。

还有学者应用ANSYS软件对半固态坯料ZL101铝合金试样在各种不同工艺参数下的感应加热温度及温度均匀性进行了模拟[11-14]。

但是半固态合金共品温度低(通常5500以下)、材料磁热特性变化不大等，与常用碳钢的感应加热模拟存在较大差异。

三、研究内容本文采用ABAQUS有限元软件对高频感应钎焊过程中砂轮温度场进行模拟及分析，感应加热过程工件温度分布规律。

完成不同工艺参数条件下高频感应钎焊过程的有限元模拟分析与试验验证。

本课题拟开展以下儿方面的研究工作:(1)采用ABAQUS有限元软件对高频感应钎焊过程中工件温度场进行模拟及分析，得到感应加热过程工件磁场分布规律，工件的温度随时间变化的规律等. (2)完成不同工艺参数条件下高频感应钎焊过程的有限元模拟分析与试验，并对结果进行比较分析。

(3) ABAQUS软件典型的有限元分析过程ABAQUS程序是一个功能强大的灵活的设计分析及优化、融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件，包括从简单线性静态分析到复杂非线性动态分析。

典型的ABAQUS分析过程可分为以下三个步骤：(1)创建有限元模型；(2)施加载荷进行求解;(3)查看分析结果。

从热力学关系和热传导方程出发，利用ABAQUS软件对CBN磨粒高频感应钎焊过程温度场进行模拟仿真，主要是根据热传导方程和能量守恒等方程，运用高精度的隐格式差分方程，模拟高频感应加热升、降温过程中的温度场分布规律。

探索CBN磨粒高频感应钎焊机理与温度场关系，为高频感应钎焊实验工艺参数选择提供理论依据。

四、课题的准备情况及进度计划五、参考文献[1]傅玉灿，徐鸿钧，一种适用于国内引进开发的新型超硬磨料砂轮-国外单层高温钎焊超硬磨料砂轮制造技术述评，中国机械工程，1999，10（4）：p375-377 [2]傅玉灿，徐鸿钧，从电镀到钎焊-国外单层高温钎焊超硬磨料砂轮制造技术新发展，工具技术，1998，8（4）p4-9[3]A. K. Chattopadhyay, L. Chollet and H. E. Hintermann, Induction Brazing of Diamondwith Ni-Cr Hard facing Alloy Under Argon Atmosphere, Surface and Coating Technology1991，45: p293-298[4]周玉梅，吕智，章兼植等，钎焊技术在金刚石工具中的应用，工具技术，2004，p38[5]马楚凡，王忠义，南俊马，孟卫如，一种牙科单层高温钎焊金刚石砂轮的研制，金刚石与磨料磨具工程，2002，(2): p17-20[6]王璋奇，范孝良，张文建，管进感应加热过程的计算机模拟闭，华北电力大学学报，1999，26 (4)[7]姜建华，厚壁筒形工件连续感应加热处理有限元模拟，材料热处理学报，2002， 23(2):p3-48[8]戴挺，昊炳尧，半固态坯料感应三次加热的模拟分析团，中国压铸、挤压铸造、半固态加工学术年会论文集，2001[9]李海fl:，夏巨堪，闰洪等，半固态触变成形坯料感应加热的数值模拟明，金属成型I艺，2003，21 (1)[10]徐霖，张恒华，那光杰，半固态铝合金感应加热工艺参数的模拟研究叨，上海金属，2002，24 (6)[11]张恒华，许路萍，邵光杰，A356铝合金半固态重熔温度场的有限元模拟月，材料热处理学报，2002，23 (2)[12]张恒华，许洛萍，邵光杰，铝合金半固态感应加热的计算机模拟闭，中国有色金属学报，2001，11 (2)[13]郭景杰，王同敏，苏彦庆，钦的水冷铜增锅感应熔炼温度场数值模拟闭，铸造，1997，(9): pl-4[14]郡波，程先华，赵萍，减振器连杆高频感应淬火工艺的温度场有限元模拟明，上海交通大学学报，2003，37 (1)。