基于微量润滑的磨削强化实验研究

发布时间：2017-09-13 15:15

  本文关键词：基于微量润滑的磨削强化实验研究

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【摘要】：磨削强化是一种将表面热处理与磨削加工集成于一体的复合加工方法。该方法省去了热处理工艺,使产品的加工工序缩短、加工时间减少、生产成本降低、生产效率提高,同时还减少了能量的浪费,降低了对环境的污染。因此,与传统表面淬火工艺相比,磨削强化技术具有显著的经济效益。然而,在干磨条件下,磨削区缺少润滑冷却作用,致使磨削强化后工件的表面质量差,从而制约了零件的使用性能。基于此,本文将微量润滑(Minimum Quantity Lubrication,MQL)技术应用到磨削强化加工中。在使用微量磨削液的条件下,高效润滑冷却磨削加工表面,以期在对强化层深度影响较小的情况下,使磨削加工零件的表面质量得到改善,提高加工零件的使用性能。本文的主要研究工作有:(1)根据砂轮气障层形成原理及气障层对磨削液进入磨削区的影响规律,利用FLUENT软件对磨削楔形区的气体运动进行模拟,获得磨削楔形区气体运动的速度场和压力场。研究了喷嘴方向、压缩空气压力和磨削液流量对磨削液进入磨削区的影响规律,并提出了改善磨削液进入磨削区的方法。(2)在干磨与MQL条件下进行磨削强化实验,对不同冷却润滑条件下的磨削力、磨削温度和强化层表面质量进行对比研究。研究表明:与干磨相比,MQL磨削强化工件的强化层深度略有降低,但工件的表面质量得到了有效改善。(3)利用ANSYS软件对MQL磨削工件的温度场进行仿真,获得磨削强化过程中工件温度的分布状态;并根据强化层的形成机理对强化层的深度进行了预测,获得在不同磨削深度和工作台速度条件下的MQL磨削工件强化层深度的变化规律。(4)通过磨削强化实验研究了MQL参数对磨削力、强化层深度和表面粗糙度的影响规律。研究表明:MQL参数对强化层的深度影响不明显;喷嘴处于正向喷射磨削区时,表面粗糙度值最低;增大压缩空气压力时,表面粗糙度值降低;增大磨削液流量时,工件表面粗糙度值降低。
【关键词】：微量润滑 磨削强化 MQL参数 表面粗糙度 强化层
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 磨削强化技术研究现状15-16
• 1.2.1 磨削强化技术简介及特点15
• 1.2.2 磨削强化技术国内外研究现状15-16
• 1.3 磨削液供给技术研究16-19
• 1.3.1 磨削液供给技术概述16-17
• 1.3.2 微量润滑磨削加工概述17
• 1.3.3 微量润滑磨削加工国内外研究现状17-19
• 1.4 课题来源及研究内容19
• 1.4.1 课题来源19
• 1.4.2 主要研究内容19
• 1.5 本章小结19-20
• 第2章 MQL参数分析与换热机理20-29
• 2.1 砂轮气障层20-21
• 2.1.1 气障层的形成20-21
• 2.1.2 气障层对冷却液进入磨削区的影响21
• 2.2 磨削楔形区流场仿真21-24
• 2.2.1 流体建模21
• 2.2.2 磨削楔形区仿真分析21-23
• 2.2.3 喷嘴方向的选择23-24
• 2.3 MQL雾化因素分析24-27
• 2.3.1 雾化装置的简介及雾化机理24-25
• 2.3.2 压缩空气压力的计算25-27
• 2.3.3 磨削液流量的计算27
• 2.4 换热机理27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 干磨与MQL磨削强化实验研究29-40
• 3.1 实验目的及方案29
• 3.1.1 实验目的29
• 3.1.2 实验方案29
• 3.2 实验工艺条件29-34
• 3.2.1 实验材料29-30
• 3.2.2 实验设备介绍30
• 3.2.3 实验所用砂轮及其修整30-31
• 3.2.4 实验数据的采集31-34
• 3.3 干磨与MQL磨削对磨削力和磨削温度的影响34-35
• 3.3.1 磨削力34
• 3.3.2 磨削温度34-35
• 3.4 干磨与MQL磨削对磨削强化层表面质量的影响35-39
• 3.4.1 强化层深度35-37
• 3.4.2 表面粗糙度37
• 3.4.3 表面残余应力37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 MQL磨削强化温度仿真及强化层预测40-52
• 4.1 磨削热的产生与传递40-42
• 4.1.1 磨削热的产生40-41
• 4.1.2 磨削热的传递41-42
• 4.2 MQL磨削温度场的平衡方程42
• 4.3 磨削传热模型42-43
• 4.4 磨削温度场的ANSYS有限元仿真43-46
• 4.4.1 MQL磨削加工模型简化43-44
• 4.4.2 温度仿真过程44-46
• 4.5 有限元温度仿真结果分析46-49
• 4.5.1 仿真结果与实测结果分析46-47
• 4.5.2 磨削表面层的温度47-49
• 4.6 磨削参数对强化层厚度的影响49-51
• 4.6.1 磨削深度对强化层厚度的影响50
• 4.6.2 工作台速度对强化层厚度的影响50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 MQL参数对磨削强化层表面质量影响研究52-65
• 5.1 实验目的与方案52
• 5.1.1 实验目的52
• 5.1.2 实验方案52
• 5.2 喷嘴位置对磨削强化层表面质量的影响52-57
• 5.2.1 喷嘴位置对磨削力的影响52-54
• 5.2.2 喷嘴位置对强化层深度的影响54-55
• 5.2.3 喷嘴位置对表面粗糙度的影响55-57
• 5.3 压缩空气压力对磨削强化层表面质量的影响57-61
• 5.3.1 压缩空气压力对磨削力的影响57-58
• 5.3.2 压缩空气压力对强化层深度的影响58-59
• 5.3.3 压缩空气压力对表面粗糙度的影响59-61
• 5.4 磨削液流量对磨削强化层表面质量的影响61-64
• 5.4.1 磨削液流量对磨削力的影响61-62
• 5.4.2 磨削液流量对强化层深度的影响62-63
• 5.4.3 磨削液流量对表面粗糙度的影响63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)73

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本文编号：844449