基于納米流體微量噴霧冷卻的平面磨削溫度場研究.pdf

1、在磨削加工過程中，特別是難加工材料，磨削比能很高，且絕大部分磨削能將轉(zhuǎn)化為熱能積聚在磨削區(qū)，若不及時將這些熱量疏導(dǎo)出去，將導(dǎo)致磨削區(qū)的溫度急劇升高，影響零件的質(zhì)量及使用壽命。傳統(tǒng)澆注冷卻技術(shù)，因工件表層“蒸汽膜”與砂輪周向“氣障層”阻礙了磨削液的有效潤滑、冷卻，且需耗費(fèi)大量的磨削液，出現(xiàn)高成本、污染環(huán)境等一系列問題。因而，尋求有效的冷卻方法以降低磨削表面溫度、改善工件質(zhì)量及降低制造成本具有重要研究意義。本文采用了一種新型磨削加工冷卻方法

2、，制備潤滑、導(dǎo)熱性能優(yōu)良的納米懸浮液，利用壓縮空氣將其霧化成微米級的霧滴，以較高的速度沖破蒸汽膜與氣障層進(jìn)入磨削區(qū)，實(shí)現(xiàn)磨削區(qū)有效潤滑和冷卻。結(jié)合理論分析、數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對納米流體微量潤滑磨削溫度場進(jìn)行了以下研究工作:
　　 (1)納米流體的懸浮穩(wěn)定性試驗(yàn)分析。運(yùn)用試驗(yàn)和理論分析手段對超聲波振蕩時間、分散劑濃度和基液PH值等相關(guān)因素對納米流體懸浮穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了探討。
　　 (2)納米流體微量潤滑在磨削表面的

3、強(qiáng)化換熱分析。對氧化鋁-去離子水(Al2O3-DW)納米流體的密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等材料物性進(jìn)行了理論分析;根據(jù)霧化機(jī)理，探討了影響霧滴直徑、速度的相關(guān)因素;依據(jù)磨削表面的溫度分布與納米流體沸騰特性，建立了微量潤滑磨削表面換熱系數(shù)數(shù)學(xué)模型。
　　 (3)磨削區(qū)熱量傳輸及溫度場數(shù)學(xué)模型的分析。針對磨削加工機(jī)理，對磨削區(qū)的熱量輸入與分配進(jìn)行了理論分析計(jì)算;并應(yīng)用有限元方法，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行離散，考慮相關(guān)冷卻方式邊界條件，建立了

4、三維瞬態(tài)磨削溫度場的數(shù)學(xué)模型。
　　 (4)磨削溫度場的三維數(shù)值仿真分析?？紤]砂輪-工件的接觸形態(tài)，分層建立圓弧實(shí)體;采用生死單元法模擬磨削材料去除;建立表面效應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)熱流密度與對流換熱同一邊界加載;并根據(jù)未變形切屑厚度，應(yīng)用拋物線熱流密度模型加載分析;采用實(shí)驗(yàn)測量對仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析;分別對干磨、純水微量潤滑磨削、Al2O3-DW納米流體微量潤滑磨削的溫度分布及變化規(guī)律進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)Al2O3-DW納米流體微量潤滑表現(xiàn)出良