CBN磨头刀柄感应钎焊数值模拟分析

张景强，于植光

（沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110136）

CBN作为一种新兴的超硬材料被用到磨削加工中，具有优秀的磨料耐磨性、高热稳定性和化学稳定性。采用钎焊方法制作的CBN磨头具有结合力强、磨粒出露高、使用寿命长等诸多优势，在钛合金、高温合金等难加工材料的高效磨削中拥有广泛前景[1，2]。

高频电磁感应加热钎焊具有升温速度快、绿色环保、低耗低碳、操作简便等优点，在实际制备之前，利用有限元法对磨头基体(40Cr材料)进行涡流场、温度场、相变和结构分析，通过数值模拟，可在耗费少量实验材料的情况下优化实验操作[3]。

1 感应加热理论

1.1 感应加热原理

高频电磁场感应钎焊是利用特定频率的交变电流通入多匝单股线圈a中，得到交变磁场，原理如图1所示，处于线圈内部的被加热基体(40Cr磨头基体b)在交变磁场的作用下，在内部产生感应电流d，克服工件内部产生的焦耳热相当于物件的内热源加热基体[4]，附着在磨头基体上的钎料受热融化和基体、磨料发生化学冶金反应后冷却凝固完成钎焊。

图1 感应加热原理示意图

感应加热具有集肤效应。集肤效应指的是当导体中通入交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体外表的薄层部分，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，而且随距表面的距离增大而急剧下降[5]。

1.2 感应加热数学模型

（1）由毕奥萨伐尔定律可知，磁矢势A：

（2）由高斯定律可知，磁感……