行星滾筒滾磨加工中液固兩相湍流運動機理的計算和實驗研究.pdf

1、做為一種高效率的金屬表面光整加工方法，離心式自由磨粒研磨工藝及設(shè)備在小型異形零件的去毛刺和光整加工生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。該工藝的加工機理屬于流體力學(xué)中液固兩相湍流流動的理論范疇。長期以來，針對自由磨粒研磨技術(shù)的研究僅限于工藝實驗，對研磨過程的本質(zhì)特征尚無根本性的認識。目前離心式自由磨粒研磨設(shè)備的設(shè)計參數(shù)及研磨工藝參數(shù)完全憑經(jīng)驗確定，無理論依據(jù)。離心自由研磨過程中，受液固兩相湍流流場的作用，磨料運動的流態(tài)特征對工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率有明

2、顯影響。而研磨機行星傳動比將直接改變湍流流場的分布，是影響整團磨料態(tài)特征的重要因素。研磨過程中受湍流流場的作用，磨料的物理特性和相對運動狀態(tài)對零件的拋光效果有著直接的影響和控制。通過實驗觀察發(fā)現(xiàn)磨料在滾筒內(nèi)的運動是極為復(fù)雜的，至今磨料運動特征對拋光過程影響機制尚不十分了解，深入研究磨料運動特征以及它對拋光過程影響對于優(yōu)化機器的設(shè)計參數(shù)和加工工藝參數(shù)，進一步提高加工效率具有重要意義。 本文以在離心場中運動的整團磨料為研究對象，從理

3、論和實驗兩方面分析了離心式自由磨粒研磨生產(chǎn)過程中整團磨料在不同參數(shù)下運動的流態(tài)特征，指出整團磨料的流態(tài)特征是影響加工效果的關(guān)鍵因素。 理論方面建立了基于液固兩相流理論的描述整團磨料運動流態(tài)特征的數(shù)學(xué)模型，利用液固兩相流動力學(xué)模型分析了不同行星傳動比時磨料的流態(tài)特征。用計算流體力學(xué)的方法描繪出典型行星傳動比下磨料運動特征，包括磨料的體積分數(shù)分布、壓力分布、速度矢量分布等。這些特征反映出磨料團在運動過程中的變化規(guī)律。理論分析與實驗結(jié)

4、果是基本相符。指出這種理論分析方法能夠代替大量的實驗對做離心運動的整團磨料不同區(qū)域的濃度、速度和加速度進行分析，對于優(yōu)化設(shè)計參數(shù)、提高生產(chǎn)率十分經(jīng)濟有效。 實驗方面應(yīng)用高速攝影手段獲得了對行星整團磨料加工時磨料液固兩相流運動的感性認識，描述了不同行星傳動比時磨料的流態(tài)特征。通過對高速攝影結(jié)果的分析，了解了整團磨料在離心場中的運動規(guī)律，指明整團磨料在運動過程中，其滑移層的運動及前沿界面曲線的變化是影響加工效果的重要因素。改變行星傳