磨削区磨料流体动压力仿真研究

根据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了砂轮约束磨粒喷射精密光整加工中砂轮/工件楔形接触区磨料流体动压力的数学模型;进行了砂轮速度、砂轮/工件平均最小间隙以及砂轮直径对楔形区磨料流体动压力影响的仿真研究。结果表明,流体动压力随砂轮速度的提高和平均最小间隙的降低而增加,最大压力峰值发生在砂轮与工件平均最小间隙区域,且在该区域压力梯度变化明显;除了在砂轮宽度边缘产生侧泄外,在砂轮宽度方向流体动压力分布规律相同;随着砂轮与工件之间平均最小间隙的减小,动压力峰值区域曲线变窄,砂轮直径对流体动压力影响不明显。     

砂轮/工件楔形区流体动压力的建模与实验验证

基于Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了浇注式供液方式下,考虑砂轮、工件表面粗糙度的砂轮/工件楔形区流体动压力数学模型。在平面磨床上进行了流体动压力的实验研究,结果表明,实验中测量的动压力值与相同条件下模型理论值基本吻合,理论模型可很好地预测粗糙表面间楔形区压力场的分布;考虑粗糙度的楔形区流体动压力的理论曲线是不光滑的;楔形区流体动压力随着砂轮速度的增加、最小间隙的减小而增大,最大压力峰值分布在砂轮、工件最小间隙区域,且在该区域压力梯度变化明显。     

大雷诺数磨削冷却液流场的数值模拟研究

为寻找雷诺数Re较大时准确地模拟磨削冷却液流场的数值方法,利用有限体积法离散不可压缩的N-S方程,采用k-ε模型和RNG k-ε模型分别对磨削过程的磨削冷却液流场进行了数值模拟,得到了磨削冷却液的流场压力及速度分布规律.结果表明:当雷诺数Re大于等于1 000时,RNG k-ε模型的仿真结果与实验结果吻合很好,采用RNG k-ε模型可很好地模拟冷却液流场的特性;当雷诺数相同时,磨削冷却液流场的最大动压力随着最小间隙的增大而减小,砂轮与工件之间最小间隙的越小,磨削冷却液流场的水平方向速度越先变为负值;当最小间隙相同时,磨削冷却液流场的最大动压力随着雷诺数的提高而增大.     

砂轮约束磨粒喷射光整加工磨料流体动压力实验研究

根据Navier—Stokes方程和流体流动的连续性方程，建立了砂轮／工件楔形接触区磨料流体动压力的数学模型并进行仿真研究。利用平面磨床M7120E进行了磨料流体动压力的实验研究，结果表明。流体作用力和流体动压力随砂轮速度的提高、最小间隙的减小而增加，工作台进给速度对流体作用力影响很小。实验结果与模型仿真吻合。     

约束磨料流体抛光特性的仿真及实验研究

为了研究约束磨料流体抛光的流场特性,基于Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立限控轮与工件加工区流体动压力的三维数学模型,利用Matlab软件对流体动压力进行仿真计算。结果表明:约束磨料流体抛光时流体动压力与最小间隙成反比,与限控轮的速度成正比,最大压力峰值发生在限控轮与工件最小间隙区域,同时在该区域压力梯度变化明显。对K9玻璃进行约束磨料流体抛光实验研究,实验结果表明:减小限控轮与工件的最小间隙,提高限控轮的速度,均能够有效地提高玻璃的表面质量。结合仿真和实验结果,表明在一定的条件下,随着楔形加工区动压力的增加,磨粒在接触区所获得的能量越高,玻璃的表面质量相应得到提升。     

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.     

磨削参数对磨削区液体动压力的影响研究

磨削时,由于砂轮的高速运动,使部分冷却液进入砂轮和工件间的楔形接触区而产生巨大的液体动压力,其影响磨削件的加工精度。因此,研究其分布对提高磨削质量非常重要。本文根据液体层流理论推导出了一种液体动压力模型,并对液体动压力的分布进行了仿真分析。结果表明,液体动压力与砂轮的转速、砂轮与工件间的间隙及砂轮规格等参数有关。在此基础上,对液体动压力进行了实验研究。实验结果与仿真结果的一致性证明了仿真结果的正确性,同时也证明了所建模型是正确的。     

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。     

磨削加工时磨削液的流体动压效应

根据流体动压润滑理论,分析了平面砂轮磨削液的流体动压效应,并考虑砂轮渗透度的影响,推得了有限宽线接触条件下磨削液三维流动的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,用数值分析方法,得出了砂轮磨削区内磨削液动压力的分布曲线和液膜举起力。然后进一步分析讨论了砂轮渗透度、砂轮与工件间的相对速度及相对间隙对液膜举起力的影响。数值计算结果与实测数据基本吻合。     

刚玉砂轮外圆磨削微观热流体动压效应分析

为了研究陶瓷刚玉砂轮外圆磨削轴承钢(GCr15)时的流体动压效应,基于弹性流体动力润滑理论,建立稳态微观热弹流砂轮模型;对比分析等温条件下陶瓷刚玉磨料、金刚石磨料、CBN磨料的流体动压效应,分析热效应以及粗糙度幅值和波长对乳化液润滑时流体动压效应的影响。结果表明:陶瓷刚玉磨料砂轮相比于其他磨料砂轮的整体压力最小,整体膜厚最大;磨削过程中热效应的影响不可忽略,考虑热效应的影响时,磨削区压力和膜厚减小;随着粗糙度幅值的增大,压力增大,膜厚减小;粗糙度的波长主要和粗糙峰的疏密程度有关,对流体动压力和膜厚的影响较小。     

Study on coolant-induced hydrodynamic pressure in contact zone while deep grinding with CBN wheels

The use of coolant has been considered an effective way to avoid workpiece burn in the grinding process. Hydrodynamic pressure induced by coolant in the contact zone is always measured to characterize the coolant condition in the contact zone. In this study, grinding experiments with a cubic boron nitride wheel were first performed to determine the evolution of hydrodynamic pressure during the grinding process. The experimental results showed that when burn happened, hydrodynamic pressure was at a low level and decreased gradually while the temperature and power signals fluctuated sharply. A theoretical calculation model and a 3D air–liquid two-phase numerical simulation model were subsequently constructed to predict the hydrodynamic pressure. Both theoretical calculation and numerical simulation results showed that the hydrodynamic pressure in such a case is in inverse proportion to the gap distance between the wheel and the workpiece. The theoretical calculation results are higher than the numerical simulation results. Furthermore, the experimental results correspond to the results of the 3D air–liquid two-phase simulation, which confirms the validity of this simulation. This article presents an accurate approach to predict hydrodynamic pressure, which provides an effective analytical method of studying and avoiding workpiece burn.     

Automatic compensation for grinding wheel wear by pressure based in-process measurement in wet grinding

This paper deals with an application to automatic compensation of grinding wheel wear by a pressure based in-process measurement method in wet grinding. A pressure sensor is set beside a grinding wheel with a small gap. When grinding fluid is dragged into the gap by the rotation, hydrodynamic pressure, which corresponds to the gap length and the topography, can be measured. No electromagnetic properties of the workpiece and grinding wheel affect measured results. This method is applied to a CNC surface grinding machine. The pressure distribution and the relationship between the pressure and the gap length are measured. The pressure is decreased with the increase of the gap length. Its dispersion is around 1% for 0.5 μm-wear of a grinding wheel with 250 μm grit size. The dimensional error of a workpiece using the feedback of the wear is less than the feeding step, for the compensation, of 1 μm.     

An application of lubrication theory to predict useful flow-rate of coolants on grinding porous media

By considering both hydrodynamic pressure and ram pressure effects on flow through the grinding zone, we construct a predictive model for calculating the useful flow-rate of coolants on grinding porous media. The hydrodynamic pressure is computed by means of a modified Reynolds equation for porous media, with upstream boundary conditions supplied by the ram pressure. To find the tangential velocity, the radial velocity, the depth of fluid penetrating into the wheel, and the flow-rate through the grinding zone, we solve momentum and continuity equations for flow through a porous wheel. Numerical results indicate that for a lower porosity of workpiece, the hydrodynamic pressure is higher and the fluid penetrating into the pores of wheel is deeper. Also, the useful flow-rate increases as the porosity of workpiece increases.     

数字化曲线磨削中的干涉避让仿真与实验研究

针对数字化曲线磨床加工过程中存在的砂轮与工件、机床与工件的干涉问题,提出了可以避开干涉并得到工件关键点处编程参数的磨削辅助算法。进行了数学建模以进行理论分析,并采用Matlab软件进行了仿真。结果表明,该算法能有效实现基于最佳近似法向跟踪角的法向跟踪曲线磨削。     

磨削加工中磨削区流场的数值分析

基于动压润滑理论,建立了浇注法方式下磨削区流场的光滑数学模型并利用多重网格法计算出了磨削区流场的动压力和流体速度;在光滑模型的基础上建立了考虑砂轮和工件表面粗糙度的粗糙模型并利用多重网格法得到该模型下的解.结果表明:粗糙模型得到的磨削加工区流体的动压力及流速曲线是不光滑的,但光滑模型和粗糙模型的解吻合较好.     

基于多体系统理论的螺纹磨削研究

将多体系统运动建模方法应用到数控螺纹磨床建模中,建立机床、工件和砂轮的运动关系,推导出多线砂轮磨削螺纹的加工方程。开发螺纹磨削仿真软件,获得螺纹磨削加工G代码,在磨削螺纹的生产中取得了很好的效果。     

凸轮轴数控磨削工件主轴转速优化建模与实验研究

根据凸轮轴X-C轴联动恒线速度磨削加工数学模型,建立了砂轮架进给位移与速度、凸轮工件主轴转速的理论方程。根据数控凸轮轴磨床加工能力的约束条件,对砂轮架进给中速度、加速度或加加速度值超出限定值的凸轮转角区间,通过积分反求方法求解出相应转角区间工件主轴所允许的转速值,并以该段转速值替换对应的转角区间上凸轮轴恒线速度磨削时理论转速值。对优化计算前后的工件主轴转速曲线进行了凸轮轴磨削加工实验。实验结果表明：采用优化后的凸轮工件主轴转速进行加工,相比于恒线速度理论转速加工,其升程最大误差与最大相邻误差减小,工件表面粗糙度降低,提高了凸轮轴高效精密磨削加工质量。     

磨削液对陶瓷结合剂CBN砂轮磨削性能影响

分析了磨削液对陶瓷结合剂CBN砂轮磨削性能的影响，使用3种磨削液在精密外圆磨床M1420E上进行了磨削加工实验，用加工表面微观形貌、表面粗糙度R。值、工件表面残余应力以及砂轮径向磨损量对磨削液效能进行评价。结果表明，轻质润滑油不仅能提高工件表面质量，降低表面粗糙度值，而且砂轮磨损量明显降低，乳化液和化学合成液对磨削性能的影响各有利弊，润滑油是陶瓷结合剂CBN砂轮磨削的优选磨削液。