Research on active control of grinding heat field distribution based on electromagnetic induction heating

DING Zishan; ZHOU Han; PAN Xixia; YAO Weihong; HUANG Chuangui; HUANG Xinyi

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.001

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Research on active control of grinding heat field distribution based on electromagnetic induction heating

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2026-04-15

- Research on active control of grinding heat field distribution based on electromagnetic induction heating
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 4, Pages: 1-14(2026)
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学机械工程学院，上海 200093
  2.中航长沙起落架有限责任公司，长沙 410203
- 作者简介：
  
  DING Zishan, E-mail: dzishan@163.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China (General Project)(52275453);Shanghai Collaborative Innovation Project(XTCK-KJ-2024-01)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.001
  CLC： TK124
- Received：19 January 2025，
  
  Revised：2025-03-19，
  
  Published：15 April 2026
- 稿件说明：
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丁子珊，周瀚，潘西侠，等. 基于电磁感应加热的磨削热场分布主动调控研究［J］. 机械强度，2026，48（4）：1-14.

DING Zishan，ZHOU Han，PAN Xixia，et al. Research on active control of grinding heat field distribution based on electromagnetic induction heating［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：1-14.
丁子珊，周瀚，潘西侠，等. 基于电磁感应加热的磨削热场分布主动调控研究［J］. 机械强度，2026，48（4）：1-14. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.001.

DING Zishan，ZHOU Han，PAN Xixia，et al. Research on active control of grinding heat field distribution based on electromagnetic induction heating［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：1-14. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.001.

摘要

目的

针对17-4PH合金钢磨削加工中机械应力与热应力耦合导致残余应力难以精准调控的难题，提出一种电磁感应加热辅助磨削方法，旨在为有效控制残余应力分布提供参考。

方法

首先，基于热传导与热对流的耦合作用，建立植入式热源解析方法，以揭示感应加热过程中的热场生成机制；其次，通过空间磁场与工件热流的积分计算，构建电磁热源动态作用的数值模拟模型，以解决电-热耦合计算问题；然后，考虑集肤效应及材料温度依赖特性，建立感应加热温度场快速预测的解析模型；最后，开展感应加热辅助磨削试验，验证该工艺对残余应力的调控效果。

结果

试验表明，优化后的感应加热工艺使磨削表层残余应力梯度降低40%，解析模型预测温度与试验值的误差小于16%。该方法实现了磨削热场的主动调控，为降低工件表层热损伤及优化残余应力分布提供了可行技术途径。

Abstract

Objective

To address the challenge of precisely controlling residual stress induced by the coupling of mechanical and thermal stresses during grinding of 17-4PH alloy steel

an electromagnetic induction heating-assisted grinding method was proposed

aiming to provide a reference for effective residual stress distribution control.

Methods

Firstly

based on the coupling effect of heat conduction and convection

an analytical method of implanted heat source is established to reveal the thermal field generation mechanism during induction heating. Secondly

through integral calculation of spatial magnetic field and workpiece heat flux

a numerical simulation model characterizing the dynamic action of the electromagnetic heat source is constructed to solve the electro-thermal coupling problem. Then

considering the skin effect and temperature-dependent material properties

an analytical model for rapid prediction of induction heating temperature field is developed. Finally

induction heating-assisted grinding experiments are conducted to verify the regulation effect of this process on residual stress.

Results

Test results show that the optimized induction heating process reduces the residual stress gradient in the ground surface layer by 40%

and the error between the temperature predicted by the analytical model and the experimental value is less than 16%. This method achieves active control of the grinding thermal field and provides a feasible technical approach for reducing surface thermal damage and improving residual stress distribution.

关键词

Keywords

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