自适应接触区压力的磨削液供给系统设计

磨削加工过程中由于砂轮高速旋转将在砂轮周围产生高速气流场,气流场会阻碍磨削液进入到接触区,影响磨削液的冷却、润滑和清洗砂轮效果。砂轮周围的气流场与砂轮转速有着密切联系,在砂轮转速改变时,其气流场的压力分布也随之变化。传统的磨削液通常采用定参数供给方法,而未充分考虑砂轮速度对磨削液注入效果的影响,造成有效磨削液比例很低,由此也造成磨削工艺绿色度不高。在对砂轮气流场的压强与速度分布分析的基础上,提出了一种与砂轮转速自适应的磨削液供给方法,优化设计磨削液供给液流路线,并使用光电编码器和单片机实现了磨削液智能供给,完成了系统设计。     

高速磨削楔形区气流场建模与仿真

在磨削加工中,由于砂轮高速旋转在砂轮表面形成空气附面层,特别是在工件与砂轮楔形间隙内,附面层的压力场与速度场急剧变化,且在楔形间隙内出现了明显的返回流,严重制约磨削液的有效注入.利用附面层和流体力学理论建立了平面磨削中楔形区气流场的数学模型,并进行了仿真研究,结果表明:随着砂轮线速度的增大,楔形区的气流压强增加,气流速度也随之增大;随着砂轮与工件间最小间隙的减小,楔形区气流压力、水平方向气流速度以及垂直方向气流速度明显增加,返回流趋于剧烈,流场能量增加.     

基于Reynolds 方程的磨削流体动压特性的研究

由于旋转砂轮与工件表面之间存在楔形间隙,当磨削液进入楔形区域后,就会产生磨削流体动压力。以流体动压润滑理论的Reynolds方程为依据,推导出描述平面磨削时磨削流体动压力方程。采用VB和MATLAB混合编程开发出磨削时磨削流体动压力场的计算软件GRWHP。该仿真软件可用于计算磨削流体动压力的分布及磨削流体动压力对砂轮的法向作用力,且仿真结果与实验结果相符。仿真结果表明:最大磨削流体动压力产生于最小间隙附近,且位于磨削引入区内;最大磨削流体动压力随着砂轮转速的提高而增大,随着最小间隙的减小而增大。     

成形法磨削齿轮的磨削温度模型构建与分析

为了探究成形法磨削齿轮的磨削温度生成机制与变化规律,构建了单位接触宽度齿面磨削力与成形法磨齿温度的理论模型,揭示了它们与砂轮特性、齿轮规格、磨削用量与材料特性的内在关系。成形磨齿温度随着砂轮磨刃密度、磨削速度、径向进给量的增大而增大,却随着砂轮直径、齿轮压力角增大而减小。齿轮的模数对齿廓磨削温度的影响较弱,而齿数对齿顶与齿根两处磨削温度的影响态势却截然相反。成形法磨削齿轮的砂轮特性系数τ越大,则磨削性能越差,并在一定程度上决定了轴向进给速度对磨削温度的影响规律。此外,通过正交试验回归模型分析法证实了成形法磨齿温度理论模型具有较好的实际适用性,且微晶刚玉砂轮的磨削性能优于白刚玉砂轮。     

加压内冷却方法在高温合金磨削中的应用

针对镍基高温合金在磨削加工中大量磨削热的冷却问题,提出采用加压内冷却与断续磨削结合的冷却方法,实现磨削过程中充分冷却磨削弧区高温的目的。设计制备磨粒有序排布的加压内冷却砂轮,采用Fluent有限元软件建立砂轮磨削GH4169高温合金的温度场模型,模拟分析砂轮转速和冷却液压力对砂轮散热性能的影响。开展加压内冷却砂轮磨削GH4169实验研究,分别对磨削温度、表面粗糙度以及表面微观形貌进行对比和分析。结果表明：在相同的磨削参数条件下,相对外冷却方式,内冷却方式能获得更优良的加工表面质量,磨削温度和表面粗糙度均明显降低;在其他磨削参数相同时,冷却液压力越大,磨削温度越低且表面粗糙度越小,表面形貌更加规则、完整。     

基于Fluent的高速磨削风冷结构设计与流场分析

研究采用高速空气作为冷却介质的一种新型高速磨削冷却方案,提出利用高速磨床主轴带动涡扇叶片结构作为风冷结构产生高速气流,高速气流经风冷砂轮内部空腔喷射至磨削工作表面进行强制对流散热,进而实现绿色高速磨削的目的。通过三维软件Pro/Engineer对新型砂轮结构进行造型设计,将设计内部结构导入Fluent软件并完成流场环境建模,通过反复流场模拟实验,确定出高速气流到达磨削工作表面时的流场分布特性。结果表明,压缩比为1.3的轴流压气结构产生的气流能够顺利突破高速气流屏障到达磨削区域,与传统的冷却液内冷式砂轮结构的磨削相比,冷却效果相当,验证了常温空气作为高速磨削冷却介质的可行性,并为其他切削加工提供一种新的冷却思路。     

流道结构对加压内冷却开槽砂轮磨削性能的影响

针对镍基高温合金磨削时磨削区因砂轮气障效应引起的过热问题,提出采用加压式内冷却磨削方法,鉴于砂轮内流道结构影响磨削液的流动特性和砂轮的磨削性能,同时考虑流道加工工艺和砂轮旋转时离心力的影响,设计直线型和弧线型两种内流道结构。利用计算流体动力学方法分析了流道结构对磨削区流场的影响,表明弧线型流道结构下磨削区的流体速度和分布均匀性更高。制备了具有弧线型和直线型内流道的两种加压内冷却开槽砂轮,在相同的磨削参数下进行了镍基高温合金磨削对比试验,分析砂轮线速度和磨削液压力对磨削温度、表面粗糙度和表面形貌的影响规律。结果表明:相比直线型流道,弧线型流道的冷却润滑效果更好,随砂轮线速度和磨削液压力的增大其换热效率提升更显著,得到的磨削温度和工件表面粗糙度值分别降低了16.8%和17.6%,并获得了更规则的加工表面形貌。     

球轴承外圈沟道ELID成形磨削工艺参数优化

为了优化球轴承外圈沟道ELID(Electrolytic In?process Dressing)成形磨削工艺参数,通过多因素正交试验研究了ELID成形磨削过程中磨削参数和电解参数对砂轮磨损和工件表面粗糙度的影响规律,综合砂轮径向磨损量和工件表面粗糙度两个指标对磨削试验进行了综合评估.结果表明,磨削参数中的径向进给速度对砂轮径向磨损量的影响最大,砂轮转速对工件表面粗糙度影响最大;电解参数中的占空比对砂轮径向磨损量的影响较大,电解电压对工件表面粗糙度影响较大;砂轮转速为18000 r/min,工件转速为100 r/min,径向进给速度为1μm/min,占空比为50％,电解电压为90 V(6.7Ω)时,综合效果最优.     

磨削表面白层厚度影响因素的实验研究

通过淬硬轴承钢GCrl5的磨削实验,研究了砂轮速度、工件速度、磨削深度以及冷却方式等磨削参数对白层厚度的影响规律.实验表明:白层是由磨削过程中工件快速升温和快速冷却以及强烈的塑性变形引起的,白层厚度的变化是磨削加工过程中各种参数共同作用的结果,而其中磨削深度是主要原因,其次是砂轮速度和工件速度;白层厚度随砂轮速度和磨削深度的增大而增大;低的砂轮速度和磨削深度以及良好的冷却条件能有效抑制白层的产生.根据实验统计结果提出了预测磨削白层厚度的经验公式.     

偏心密封内切向气流力及其对稳定性影响的理论与试验研究

建立气缸—密封系统动力学分析模型,提出一种新的密封内气流力及刚度系数识别方法。应用双控制体模型对偏心密封腔内压力分布及切向气流力产生机理进行分析。理论研究表明各密封腔内压力近似呈正弦分布,压力高点沿轴向偏离最小间隙处的角度不断增大。随密封交叉刚度的增大,系统稳定性降低,当其超出一定范围时会导致系统失稳。试验研究转速、进气压力、偏心、密封间隙等因素对气流力的影响。试验发现在垂直于转子偏心方向上会产生一个较大的切向气流力,并且切向与径向气流力的差值随转速升高逐渐增大。随进气压力升高、密封间隙的减小,切向和径向气流力都增大,并且切向气流力较径向气流力增长幅度更为明显。在切向气流力的作用下气缸对数衰减率随转速升高逐渐下降,系统稳定性降低。     

转速对直叶片升力型风轮动力特性影响数值研究

采用非定常k-ω湍流模型和滑移网格技术,对旋转直径3 m、高3 m和叶片弦长0.44 m的直叶片升力型风轮动力特性进行二维数值研究,分析在三种不同转速下单叶片动力特性、叶轮动力特性及叶片表面压力特性的变化规律。研究发现：随转速增加,上盘面叶片动力矩极高值先增加后减小存在最大值,下盘面动力矩极低值在逐渐减小且范围变广,证明上盘面为风轮的主要做功区域,下盘面对风轮出力贡献少甚至为负值;随转速增加,上盘面叶片表面压力差在增大,吸力面负压增加幅度较明显,压力面增加幅度较缓,证明吸力面对出力增加的贡献更大;叶轮整体出力由上盘面力矩、下盘面力矩和转速三个因素决定,只有均衡三者关系才能增大风轮整体出力。     

单层电镀CBN砂轮磨削区分界线位置的实验研究

针对如何确定单层电镀CBN(立方氮化硼)砂轮磨削区分界线位置,改善窄深槽侧面表明质量这一问题,应用单层电镀CBN砂轮对45#钢工件进行高速深切缓进给磨削实验。在不同砂轮线速度、窄深槽磨削深度和工件进给速度下,对单层电镀CBN砂轮磨削区分界线位置的变化规律进行研究。研究表明:单层电镀CBN砂轮磨削区分界线到砂轮顶部的距离随砂轮线速度的增大而逐渐增大,随窄深槽磨削深度的增加而逐渐减小,随工件进给速度的增大先减小后增大。     

砂轮振动对磨削区时变润滑效应的影响

为研究砂轮振动对磨削区压力、膜厚及温度的影响,建立考虑时变效应的砂轮振动磨削的润滑模型,分析陶瓷结合剂CBN砂轮磨削45~#钢的过程中的最大压力、最小膜厚和最大温度随振动的幅值、频率及砂轮速度的变化情况。结果表明:考虑砂轮振动的时变效应时,不同瞬时下的压力及膜厚变化较大;随砂轮振幅和频率的增大,当砂轮振动到最低点时最大压力及最大温度增大,最小膜厚减小,而振动到最高点时则相反;时变效应使最大压力、最小膜厚与最大温度出现了滞后现象;当砂轮速度增大时,最大压力减小、最小膜厚增大,这有利于润滑且能减少磨粒磨损,但是最大温度增大容易产生磨削烧伤和热变形,影响工件磨削后的表面质量,所以应据此选择合适的砂轮速度。     

微孔砂轮射流冲击内外冷却技术在钛合金磨削中的应用研究

论述了钛合金材料理化特性和导致磨削加工困难的原因;阐述了冷却液在磨削中的基本作用;描述了微孔砂轮射流冲击内外冷却机理;给出了微孔砂轮射流冲击内外冷却磨削钛合金零件表面质量和砂轮表面形貌电子扫描分析报告;指出微孔砂轮射流冲击内外冷却新工艺最大限度地发挥了冷却液的冷却、润滑和冲淋作用,有效地解决了磨削钛合金零件表面产生拉伤、烧伤和砂轮表面粘结等工艺难题.     

机械传动件深槽面磨削加工切削力和切削速度分析

为了提高深槽结构件表面的磨削加工精度,本文采用信号过滤的方式对磨削力进行测定,研究砂轮转速对深槽磨削加工面磨削力和表面形貌的影响。研究结果表明:当砂轮转速增大后,引起切向切削力与法向切削力的同时下降,法向切削力比切向切削力高。砂轮转速增大会引起磨削区内产生更多的磨粒数量,最大未变形切屑厚度发生减小,导致成屑磨粒的切入深度降低。     

高速滚动轴承环间气流特性数值模拟

以角接触球轴承为研究对象,采用FLUENT流体计算软件对高速滚动轴承环间气相介质的状态进行数值模拟,获得了环间气流速度场和压力场的分布特性,揭示了轴承转速对环间气相介质流动状态的影响规律。结果表明:内圈小端面气流的切向速度符合腔型/旋转结构中气相介质的运动规律;由于小端面湍流强度较小,且靠近外圈有涡存在,因此靠近内圈喷油更利于润滑油的进入,从而可确定最佳喷油位置位于该端面无量纲径向坐标0.25处;随着转速增大,轴承环间气流周向压力值两极化变得越明显,压力分布无明显迁移,轴承环间存在利于润滑油贴滚道运动的气流径向作用力。该研究结果为开展高速滚动轴承喷油润滑油液的穿透机理提供了更真实的边界条件和初值。     

开槽砂轮磨削硅棒时的有限元模拟及磨削实验

端面砂轮磨削硅棒时,砂轮高速旋转并在硅棒表面形成一定压力的空气附面层,阻碍了磨削液进入磨削区参与有效冷却,为此设计了一种在磨料环内侧沿半径方向开设非贯通槽的新型砂轮结构,对该结构下的磨削情况进行有限元模拟,分析气液两相流流场分布,并开展磨削实验,多方面评估开槽砂轮的磨削性能。实验结果表明,开槽砂轮磨削后的硅棒表面粗糙度平均值为0.095μm,比未开槽砂轮约低10%;磨削过程中最大电流平均值为9.5A,降低约21%;修刀间隔平均值为18700mm,提高约38%;开槽砂轮表面清洁且无明显的发黑现象。研究结果表明：开槽砂轮在一定程度上可以削弱气障层,增加磨削区磨削液的体积分布,改善磨削区的清洗和冷却效果,提高砂轮的自锐性和锋利性,从而提高磨削质量和磨削效率。     

合金钢40CrNiMoA高速外圆磨削比能预测研究

采用正交试验法研究干磨和湿磨方式下砂轮线速度、工件转速、磨削深度对合金钢40CrNiMoA高速外圆磨削比能的影响,并建立基于BP神经网络的磨削比能预测模型,最后对预测结果进行验证。结果表明:合金钢40CrNiMoA高速外圆磨削比能随砂轮线速度增大呈现先增加后减小的趋势,随工件转速、磨削深度的增大而减小,工件转速对磨削比能的影响程度最大;湿磨方式的磨削比能比干磨方式的小。在试验工艺参数范围内,当砂轮线速度为60 m/s、工件转速为125 r/min、磨削深度为40μm时,磨削比能最小;预测模型的预测值与试验结果的绝对误差小于10%,表明BP神经网络预测模型是有效的。     

微孔砂轮射流冲击内外冷却技术在钛合金磨削中的应用研究

论述了钛合金材料理化特性和导致磨削加工困难的原因;阐述了冷却液在磨削中的基本作用;描述了微孔砂轮射流冲击内外冷却机理;给出了微孔砂轮射流冲击内外冷却磨削钛合金零件表面质量和砂轮表面形貌电子扫描分析报告;指出微孔砂轮射流冲击内外冷却新工艺最大限度地发挥了冷却液的冷却、润滑和冲淋作用,有效地解决了磨削钛合金零件表面产生拉伤、烧伤和夥轮表面粘结等工艺难题.     

用特殊的冷却罩能提高磨削效率

磨削时所用的冷却液喷嘴,其喷射出的冷却液被高速空气层流所阻挡,因此不能清除砂轮表面的磨屑和附着物,从而降低了磨削效率。现采用一种利用砂轮旋转速度来提高冷却液速度,而不是用通常的提高冷却液压力的方法来清除砂轮表面的磨屑。如图所示,利用一个带切槽的瓦形冷却罩,罩到砂轮约70°的弧面,它到砂轮表面的距离保持在0.8～1.5毫米之间,冷却液分成三股