基于CFD的磨削区流场分析及有效磨削液计算

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磨削技术是先进制造技术中的重要领域,是现代制造业中实现精密加工最有效、应用最广泛的制造技术,有关资料表明,磨削加工占机械加工总量的30%左右。磨削过程中工件表面会产生大量的热,为了抑制工件的温升保证工件的加工质量,就必须向磨削区供应足够的冷却液,以起到冷却、润滑工件的作用。然而,砂轮的高速旋转会带动其周边一部分空气随之运动,形成一个气流层,阻碍磨削液的有效进入。实际磨削过程中,尽管喷射了大量的磨削液,但能够真正进入到磨削弧区的磨削液量很少,大部分磨削液都只起到了周边冷却的作用。这样降低了磨削液的利用效率和磨削过程的绿色度,造成了成本的增加。因此,研究磨削区空气场的性质及其与磨削液间的相互作用规律,对提高磨削液的有效利用及磨削过程的绿色水平有着十分重要的工程意义。本文以普通平面磨床磨削区气流场及磨削区气液两相流流场为研究对象,以计算流体力学和理论流体力学为基础,采用数值模拟的研究方法,运用计算流体力学软件FLUENT,建立了磨削区气流场模型和气液两相流流场模型。分析了不同工况下磨削区气流场的特性以及不同磨削参数对气流场的影响;研究了磨削液经喷嘴喷出后从射流区到磨削区的运动规律,详细分析了不同喷嘴位置对磨削液的运动轨迹的影响;阐述了磨削区域磨削液的正常分布情况,并对有效磨削液进行了定义;计算出了不同供液参数下有效磨削液流量率的大小,并分析了影响有效磨削液比例的因素,提出了增加磨削液有效利用的若干方法。通过磨削试验,通过研究供液参数对试件表面完整性的影响并分析试件的表面完整性指标,验证不同工况下试件冷却效果的好坏,对仿真结论进行实验验证。
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