精密磨削过程中磨削液流动状态对磨削效果的影响研究

发布时间：2017-09-19 08:34

  本文关键词：精密磨削过程中磨削液流动状态对磨削效果的影响研究

  更多相关文章： 切削运动 高温 磨削液 最佳供给参数 气流场 气液两相流流场 数值模拟

【摘要】：在磨削加工中,砂轮和工件的切削运动会在磨削区产生高温,严重影响磨削的质量、效率和精度。因此需要向磨削区喷射磨削液,将热量带走达到冷却、润滑、清洗、防锈等目的。然而,旋转砂轮带动周围气体运动形成的气流场会阻碍磨削液进入磨削区,使磨削液起不到应有的作用。为此,操作工人常常大量使用磨削液。这样即降低了磨削液的利用效率,又增加了磨削加工成本,磨削液中的有害物质还会对环境和人类造成危害。在磨削加工中,磨削液对磨削质量影响很大。为了找到影响磨削液有效利用的根本原因,提出解决办法,设置磨削液的最佳供给参数,本文以精密成形磨削区气流场以及气液两相流流场为研究对象,以改变影响磨削区气流场和气液两相流流场的因素为手段,以流体力学为理论基础,采用CFD方法建模,利用FLUENT软件进行数值模拟计算,得到磨削区气流场和气液两相流流场分布情况并加以分析和研究,最终通过精密成形磨削实验验证数值模拟结果的正确性,得到以下结论:(1)砂轮表面存在气障层,工件表面存在返回流,并且气障层和返回流都会阻碍磨削液进入磨削区;工件表面返回流是由最小间隙两侧正负压差引起的;分析磨削区各个位置气流场强度,得出中部强度最弱,对磨削液的阻碍作用最小;磨削区气流场的速度以及动压都在最小间隙处达到最大值;磨削区气流速度的最大值和动压的最大值随着最小间隙的减小而减小,运动空气形成的气障层和返回流强度随着最小间隙的减小而增强,对磨削液的阻碍作用随着最小间隙的减小而增强;磨削区气流场速度的最大值、动压的最大值、气障层和返回流的强度都在随着砂轮转速的增大而增大,对磨削液的阻碍作用随着砂轮转速的增大而增大;磨削液最佳喷射速度应该根据砂轮转速的改变而改变。(2)通过分析工件表面磨削液体积分数,提出一种判断磨削区磨削液供给充分程度的方法;磨削区气液两相流流场的动压和流速都在磨削区变化剧烈,并且都在最小间隙处达到最大值;分析不同磨削液喷射位置对气液两相流流场的影响,得出中部为最佳的磨削液喷射位置;分析供液时间对气液两相流流场的影响,得到突破空气气障的上层磨削液在空气的带动下优先于其它位置的磨削液进入磨削区;分析不同喷射速度对气液两相流流场的影响,得到磨削液在充分供给的情况下,磨削液的喷射速度越小越好,并找了最佳喷射速度。(3)通过磨削液供给程度实验得到,无磨削液或者磨削液供给不足时,工件出现烧伤等不利现象,并且找到了1m/s的喷射速度为磨削液供给充分程度的分界线;通过磨削液喷射位置实验得到,相比其它位置喷射磨削液,中部喷射磨削液经过磨削加工得到的工件表面光洁度高,为最佳喷射位置;通过磨削液喷射速度实验得到,在磨削液供给充分的情况下,相比其它磨削液喷射速度,1m/s喷射速度磨削液利用率最高,为最佳喷射速度;在精密成形磨削实验中,通过在不同方案下得出的实验结果与数值模拟计算结果对比分析,证明磨削区流场数值模拟计算提出磨削液最佳供给参数的正确性。
【关键词】：切削运动 高温 磨削液 最佳供给参数 气流场 气液两相流流场 数值模拟
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题提出及研究意义11-13
• 1.1.1 课题提出11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 磨削加工技术概述13-15
• 1.3 磨削流场的产生15-17
• 1.4 磨削流场研究现状17-18
• 1.5 论文的主要研究内容及结构安排18-20
• 第二章 精密磨削区流场的计算流体力学20-27
• 2.1 计算流体力学概述20-23
• 2.1.1 计算流体力学概念20
• 2.1.2 流体力学控制方程20-23
• 2.1.3 计算流体力学应用与优点23
• 2.2 计算流体力学软件介绍23-25
• 2.2.1 FLUENT软件介绍24
• 2.2.2 FLUENT软件组成24-25
• 2.2.3 FLUENT软件数值求解方法25
• 2.3 FLUEN T软件在磨削区流场的应用25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 精密磨削区气流场数值模拟计算与分析27-47
• 3.1 磨削区气流场数学模型建立27-28
• 3.2 磨削区气流场数值模拟计算28-32
• 3.2.1 气流场数据28
• 3.2.2 气流场几何模型建立28-29
• 3.2.3 气流场网格化分与边界定义29-30
• 3.2.4 气流场求解方案30-32
• 3.3 磨削区气流场数值模拟计算结果分析32-38
• 3.3.1 气流场动压分析33-36
• 3.3.2 气流场速度分析36-38
• 3.4 磨削区气流场影响因素分析38-45
• 3.4.1 最小间隙对气流场影响分析38-41
• 3.4.2 砂轮转速对气流场影响分析41-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 精密磨削区气液两相流场数值模拟计算与分析47-67
• 4.1 磨削区流场多相流模型47-48
• 4.2 磨削区气液两相流流场数学模型建立48-49
• 4.3 磨削区气液两相流流场数值模拟计算49-54
• 4.3.1 气液两相流数据49
• 4.3.2 气液两相流流场几何模型建立49-50
• 4.3.3 气液两相流流场网格化分与边界定义50-51
• 4.3.4 气液两相流流场求解方案51-53
• 4.3.5 磨削液喷射速度53-54
• 4.4 磨削区气液两相流流场数值模拟计算结果分析54-58
• 4.4.1 气液两相流流场体积分数分析54-56
• 4.4.2 气液两相流流场速度分析56-57
• 4.4.3 气液两相流流场动压分析57-58
• 4.5 磨削区气液两相流流场影响因素分析58-65
• 4.5.1 喷射位置对气液两相流流场影响分析58-60
• 4.5.2 射流供液时间对气液两相流流场影响分析60-62
• 4.5.3 喷射速度对气液两相流流场影响分析62-65
• 4.6 计算结果误差分析65-66
• 4.7 本章小结66-67
• 第五章 磨削区流场数值模拟计算结果验证实验67-79
• 5.1 实验工具及条件67-69
• 5.1.1 实验工具67-68
• 5.1.2 实验条件68-69
• 5.2 实验方案及步骤69-71
• 5.2.1 实验方案69-70
• 5.2.2 实验步骤70-71
• 5.3 实验结果71-78
• 5.3.1 实验结果分析71-78
• 5.3.2 实验结果和数值模拟计算结果差别分析78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-84
• 致谢84

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本文编号：880603