聚焦超声汽雾冷却系统在磨削加工中的应用研究

发布时间：2020-02-18 07:43

【摘要】：针对磨削加工中由于砂轮高速旋转产生“气障”而导致传统冷却方式下冷却液使用率低、冷却效果差的问题,提出了一种聚焦超声汽雾冷却系统。基于聚焦超声的声动力效应以及汽雾介质的强换热能力,使得汽雾有效的克服“气障”到达热源表面,提高了汽雾的换热性能和冷却效率,对实现绿色精密磨削加工具有重要意义。基于均匀杆振动的波动方程设计了聚焦超声汽雾冷却系统,通过有限元分析优化了系统结构尺寸,并进一步研究了系统的振动特性、雾化特性、聚焦特性。对系统的振动特性研究表明系统端面振型是由换能器中心面纵向振动和球面弯曲振动组合成的纵弯复合振动;对系统的雾化特性研究表明其最大雾化量可以达到30ml/s,雾化状态与冷却液流量有关,高于临界值后雾化状态由中心面雾化变为球面雾化;基于纵弯转换超声振动理论和亥姆霍兹—基尔霍夫声场积分定理对系统的聚焦特性研究表明聚焦超声汽雾冷却系统具有显著的聚焦效果,球面弯曲振动将声能汇聚在声场焦区,当弯曲振动和纵向振动在焦区产生的声场相位相同时,声场发生叠加,可以进一步提高焦区的声压。聚焦超声汽雾冷却系统的振动特性、雾化特性、聚焦特性均满足使用要求。利用Fluent软件数值模拟分析了超声汽雾和超声聚焦对聚焦超声汽雾冷却系统换热特性的影响,并通过稳态换热试验验证,结果表明试件位于汽雾汇聚区域时试件中心区域温度最低,增大冷却液流量有助于降低表面温度但对表面温度分布影响很小;提高超声功率有助于提高汽雾换热能力,降低试件表面温度;当试件位于超声波腹点处时超声聚焦有助于强化中心区换热。将聚焦超声汽雾冷却系统应用于平面磨削加工中,研究了聚焦超声汽雾冷却系统对磨削区温度的影响,结果表明在冷却液流量相同的情况下,相比于普通水流冷却,聚焦超声汽雾冷却系统有更强的换热能力。
【图文】：

褚家荣，银九根经过对安阳钢铁公司考察证明了当时一种新液具有使用周期长，环境卫生好的特点[5]。东北大学赵恒华使用低温二冷却介质，有效的提高了冷却效率。削区气流场研究岛理工大学的李长河指出，在磨削加工中，高速旋转的砂轮会对周围气形成了一个空气附面层，通常称之为“气障”[6]如图 1 所示，并且进而气流场理论模型，对试件与砂轮之间的楔形区域进行数值分析，结果表力，水平速度的增大会对冷却液有明显的阻碍作用。苏州科技大学通过式压力传感器测量磨削区气流场压力表明了在磨削引出区的气流对冷较小[68]。J.Fazlur，Rahman 和 V.Radhakrishnan 依据气流场压力的变化磨损情况[7,8]，C.Guo、S.Malkin 建立了气流场的数值模型，并分析了冷的条件[9]。

褚家荣，银九根经过对安阳钢铁公司考察证明了当时一种新液具有使用周期长，环境卫生好的特点[5]。东北大学赵恒华使用低温二冷却介质，有效的提高了冷却效率。削区气流场研究岛理工大学的李长河指出，在磨削加工中，高速旋转的砂轮会对周围气形成了一个空气附面层，通常称之为“气障”[6]如图 1 所示，并且进而气流场理论模型，对试件与砂轮之间的楔形区域进行数值分析，结果表力，水平速度的增大会对冷却液有明显的阻碍作用。苏州科技大学通过式压力传感器测量磨削区气流场压力表明了在磨削引出区的气流对冷较小[68]。J.Fazlur，Rahman 和 V.Radhakrishnan 依据气流场压力的变化磨损情况[7,8]，C.Guo、S.Malkin 建立了气流场的数值模型，并分析了冷的条件[9]。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG580.6

【参考文献】

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6 李亚楠;王波;周燕;彭宽;肖嘉莹;;用于光声内窥的中空声透镜聚焦PVDF换能器的研究[J];激光生物学报;2016年01期

7 刘立飞;张飞虎;刘民慧;;碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削[J];光学精密工程;2015年08期

8 汪帮富;丁吉凯;殷振;曹自洋;;磨削区内气流场及压力分布的仿真与实验研究[J];机床与液压;2015年15期

9 李华;任坤;殷振;赵江江;曹自洋;吕自强;;纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究[J];振动工程学报;2015年03期

10 李华;任坤;殷振;赵江江;谢鸥;吕自强;;纵弯转换球面超声振动聚焦系统谐振特性研究[J];振动与冲击;2015年06期

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本文编号：2580657