定子式磁性珩磨系统热场的分析优化及实验研究

发布时间：2018-04-01 18:20

本文选题：磁性珩磨技术　切入点：温度场　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：最近几年,不锈钢管以其高强度、耐磨性、耐腐蚀性、可焊接等诸多优点,在航空航天、石油、化工、兵工、机床、轻工等部门得到了大量的运用,可是在顺利进行下道工序前如果不去除工件内表面的氧化皮,则对整个加工过程都是一种阻碍。更何况氧化皮会加速工件内表面的腐蚀,这样一来就会减少工件的使用寿命。进入21世纪以后,在研究怎样能高速除去不锈钢管内表面的氧化皮的加工过程中,国内和国际对此的探究方法以下列几种方式进行:传统机械加工、化学抛光、电化学处理、电解加工法、酸洗加工和喷丸加工等。这些方法根据自身的原理和优缺点都有各自的应用领域,并且在生产中也应用广泛。但是,针对长类管状工件的氧化皮去除问题,这些加工方法又都存在以下缺点[1]:1.传统的机械加工方法不经济、生产效率不能满足需要、加工质量得不到保证;2.化学抛光和电化学处理所用到的溶液再生与调整困难,实际应用中易受限制且污染环境;3.电解加工技术难度高,不易实现稳定加工和保证较高的加工精度,且电极的设计、制造和修正较麻烦;4.工件在经过酸洗加工后,表面残留一层暗黑色的铁盐,不易清洗干净,对操作人员容易引起化学烧伤且废液污染环境;5.喷丸处理过程中被加工工件受力不均且大小难以控制,容易造成表面质量缺陷,破坏加工工件的原始形态,且建设和维修费用较高;上述办法显然无法达到理想的加工效果,因此,一种有别于传统加工方法的新型加工方式应运而生,既要有效的去除不锈钢管内壁的氧化皮又能不污染环境且操作简单。磁性珩磨加工技术是有效的将磁性技术和珩磨技术联系一起的新的加工手段,可以有效的去除在切削加工过程中较难移动的细长工件内表面的氧化皮。然而在前期不断实践总结过程中发现,采用磁力磨削的方法,虽然可以有效的去除不锈钢管内壁的坚硬氧化皮,并且能提高表面质量,但在加工过程中,伴随着磨削而来的是电机发热量大、发热快的问题,导致磨削无法实现可持续性的加工。目前实际运用中常见的冷却方式有风冷、水冷、蒸发冷却等,对于本文研究的Y90-4的改装电机来说仅仅依靠风冷是无法满足持续加工要求的,所以采用外部水循环冷却的方式对整个定子式磁性珩磨系统进行冷却[2]。水冷实质上就是将电机的热量通过冷却系统中的水带到外部的循环装置中,这样就有效解决了电机本身散热能力不足,散热面积小的问题。而将电机维持在较低的温升状态,这样既能提高电机运行的可靠性,又能使电机承受更高的电磁负荷。水冷系统的设计与电机的温度场研究是密不可分的,外部水冷循环系统的设计往往要依据电机温度场的仿真模拟结果,而且温度场的实际冷却效果是检验水冷系统是否达标的标准。准确的温度场分析是在各部分具体损耗已知的前提下来实现的,其数据不仅要能反映出电机内部的温度场分布,还要找出电机最热点的所在位置。这样才可以采取针对措施来提高电机运行的安全、可靠性。电机的温升计算与外部水冷循环系统的设计和检验是保证电机正常运行所必须考虑的重要一环,怎样有效的将电磁设计、冷却循环设计与温升、水冷计算相互配合是解决电机运行中温度过高,发热量较大的重要课题。解决这一难题可以大大提高电机的承载水平和加工时长,对电机的研发和设计具有重要的理论意义和实际应用价值。针对磁场发生器在加工长不锈钢管过程中温升较大这一问题,本文将着重对定子式磁性珩磨系统做以下几个方面的研究:(1)以定子式磁性珩磨系统为研究对象,结合电机学、传热学、电磁学为理论基础,对磁性珩磨系统的发热量大,发热快的问题进行理论分析,建立物理模型,然后利用ANSYS Fluent和ANSYS Steady-State Thermal有限元软件,仿真模拟出系统的温度分布云图和达到系统稳定的时间,从而为后续的实验研究打下理论基础。(2)在已搭建的实验平台基础上,设计一套外部水冷循环系统,然后结合计算流体力学(CFD)通过ANSYS Fluent仿真分析,分析电机的水冷循环系统的流动特性,建立三维模型。对比得出有无外部水冷装置对系统温升的影响,同时对磁性珩磨水冷系统的参数进行优化,得出水温和水速的最优匹配参数。(3)分别对有无水冷装置的定子式磁性珩磨系统进行磨削加工实验,测量其温度分布并检验其加工稳定性,同时与之前的理论及仿真分析进行对比,检验:(1)无外部水冷装置时,探究加工系统的实际发热问题以及发热量与仿真结果的工程误差是否在允许范围内。(2)加入外部水冷装置后,加工系统的冷却效果与仿真结果是否在工程允许误差范围内。这就为定子式磁性珩磨系统提供了理论支撑,进而使持续加工的可能性提高。
[Abstract]:in recent year , that stainless steel pipe has many advantages such as high strength , wear resistance , corrosion resistance , welding and the like , and has great application in aerospace , petroleum , chemical , military , machine tool , light industry and the like . The invention relates to a novel processing method which is different from the traditional processing method , which not only effectively removes the oxidation skin on the inner wall of the stainless steel pipe , but also can not pollute the environment and is simple to operate . In order to improve the reliability of motor operation , the design and test of the external water - cooling circulation system is very important to solve the problem of high temperature rise in the motor . ( 2 ) After the external water cooling device is added , the cooling effect and the simulation result of the machining system are within the allowable error range of the engineering . This provides theoretical support for the stator type magnetic honing system , and further improves the possibility of continuous processing .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG589

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