磨粒有序化砂轮磨削的表面粗糙度及磨削液流场的若干研究

发布时间：2017-06-07 16:08

  本文关键词：磨粒有序化砂轮磨削的表面粗糙度及磨削液流场的若干研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于传统砂轮的磨粒呈无规则排布,无法实现磨粒的可控性排布,导致参与磨削的动态有效磨粒数减少,并且砂轮表面的容屑空间难以控制,极易造成磨削过程中砂轮和工件之间的磨粒堵塞,导致砂轮过早失效,工件磨削热损伤甚至正常加工都无法进行。此外,无序排布砂轮加工的表面粗糙度已经越来越难满足人们日益增长的表面质量需求。针对以上问题,将生物学中的叶序排布理论引入到CBN电镀砂轮的制备过程中来,通过叶序参数来约束砂轮表面的磨粒间距和磨粒密度,使其具有良好的磨粒空间位置填充和互补,这对于未来有序化排布电镀砂轮的磨削研究具有重要的指导意义。本文首先对磨粒有序化排布砂轮磨削工件表面粗糙度进行理论研究,通过研究传统粗糙度模型发现,对于现在的有序化砂轮,那些理论和经验模型已经不再适用,所以我们需要建立新的磨削工件表面粗糙度模型。对此,本文总结了两种磨粒有序化排布砂轮的磨削工件表面粗糙度模型。然后,为了了解有序化砂轮磨削钛合金的表面质量,将生物学的叶序理论引入到CBN电镀砂轮磨粒的设计当中来,采用紫外线感光干膜作为掩膜感光层来实现在砂轮表面磨粒的排布,利用光刻技术和复合电镀工艺技术制造出磨粒有序排布外圆砂轮,并对钛合金TC4进行磨削实验研究,获得了不同的进给速度及磨削深度对磨粒叶序排布,错位排布,无序排布砂轮磨削表面粗糙度的影响规律。实验结果表明:在相同的磨削条件下,与其它排布砂轮相比,磨粒叶序排布砂轮磨削工件表面得到的粗糙度值最小。最后,为了更好的了解在磨削过程中磨料不同排布砂轮磨削液在磨削接触区域内的流动状态,建立了磨削区流场的运动方程和边界条件,利用流体力学软件(Fluent)对磨粒族叶序排布砂轮、交错排布、矩阵排布及无序排布砂轮的磨削液流动状态进行对比仿真。结果表明:叶序排布砂轮磨削时磨削液在磨削区沿着叶列线沟槽均匀流动,有利于磨削热的传导和磨屑的及时排出。此外,利用Fluent软件对磨粒族不同排布砂轮的压力场进行对比仿真。结果表明:叶序排布砂轮的压力分布均匀,有利于磨削液进入磨削区。
【关键词】：磨削 工程化排布 粗糙度 磨削液 流场
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 本课题研究的背景12-13
• 1.2 国内外相关研究现状13-21
• 1.2.1 磨粒有序化排布的研究现状13-18
• 1.2.2 磨削区磨削液流场的研究现状18-21
• 1.3 课题来源及意义21
• 1.3.1 课题来源21
• 1.3.2 课题意义21
• 1.4 课题研究内容21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第2章 有序化砂轮磨削工件表面粗糙度理论研究23-32
• 2.1 磨料有序化排布理论及相关公式简介23-26
• 2.1.1 叶序理论23-24
• 2.1.2 磨料错位排布理论24-25
• 2.1.3 磨料无序排布理论25
• 2.1.4 砂轮设计25-26
• 2.2 传统的磨削工件表面粗糙度理论及粗糙度模型26-27
• 2.2.1 磨削工件表面粗糙度理论模型26-27
• 2.2.2 磨削工件表面粗糙度经验模型27
• 2.3 有序化排布磨削工件表面粗糙度理论及粗糙度模型27-29
• 2.3.1 假设和坐标系统28
• 2.3.2 有序排布粗糙度模型28-29
• 2.4 有序化排布磨削工件表面粗糙度理论及仿真方法29-31
• 2.4.1 磨粒的轨迹方程29-30
• 2.4.2 磨粒在z轴方向的切削深度30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 外圆砂轮磨削表面粗糙度实验32-41
• 3.1 实验材料及性能32
• 3.2 磨削实验设备与过程32-36
• 3.2.1 磨削加工设备32
• 3.2.2 表面形貌测量设备32-33
• 3.2.3 实验系统构建33-34
• 3.2.4 实验方案设计34-36
• 3.3 实验结果与分析36-39
• 3.3.1 进给速度对磨削工件表面粗糙度的影响36-37
• 3.3.2 磨削深度对磨削工件表面粗糙度的影响37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 磨粒有序化砂轮磨削液流场的仿真41-64
• 4.1 CFD和FLUENT软件概述41
• 4.2 计算域及网格的生成41-42
• 4.3 两相流VOF模型和边界条件42-43
• 4.3.1 两相流VOF模型42-43
• 4.3.2 边界条件的建立43
• 4.4 仿真参数设置43-44
• 4.5 磨粒族砂轮磨削区仿真结果与分析44-52
• 4.5.1 磨粒族砂轮磨削区磨削液的流动状态44-45
• 4.5.2 磨削参数对磨削区有效流量的影响45-47
• 4.5.3 磨粒族直径对磨削区流动状态的影响47-48
• 4.5.4 磨粒族直径对磨削区有效流量的影响48
• 4.5.5 叶序系数对磨削区流动状态的影响48-49
• 4.5.6 叶序系数对磨削区流有效流量的影响49-50
• 4.5.7 磨削液的粘度对磨削区磨削液流动状态的影响50-51
• 4.5.8 磨削液的粘度对磨削区有效流量的影响51-52
• 4.6 单颗磨粒砂轮磨削区流场仿真52-55
• 4.6.1 计算域及网格的生成52-53
• 4.6.2 边界条件和仿真参数设置53
• 4.6.3 仿真结果和与分析53-55
• 4.6.3.1 砂轮转速对磨削区有效流量的影响53-55
• 4.6.3.2 喷射速度对磨削区有效流量的影响55
• 4.7 磨粒族砂轮磨削区压力场的仿真55-62
• 4.7.1 有序化砂轮磨削气流场的压强分布55-58
• 4.7.2 有序化砂轮磨削区压强的分布58-60
• 4.7.3 磨削液的粘度对磨削区压强的影响60-61
• 4.7.4 砂轮转速对磨削区压强的影响61-62
• 4.7.5 磨削液流场的速度分布62
• 4.8 本章小结62-64
• 结论64-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果71-72
• 致谢72-73

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