磨削射流冷卻的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、磨削液動(dòng)壓力是指磨削液流過旋轉(zhuǎn)砂輪與工件表面之間的楔形空間時(shí)，在收斂的楔形域內(nèi)形成的壓力。該動(dòng)壓力的大小，一方面可以反映出磨削液供給是否充足；另一方面，表征作用于砂輪上的法向作用力大小。這兩個(gè)方面都是磨削過程中重點(diǎn)關(guān)注的地方。因此，掌握磨削液動(dòng)壓力在楔形空間的變化規(guī)律具有重要意義。 本文在對目前國內(nèi)外有關(guān)磨削液動(dòng)壓力的研究現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，指出了現(xiàn)存方法在流體力學(xué)理論的應(yīng)用、數(shù)學(xué)模型的建立及建模假設(shè)三個(gè)方面所存在的局限

2、性。圍繞所存在的問題，本文在理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 理論上，首先，根據(jù)磨削過程噴嘴供液的特點(diǎn)，采用氣液兩相流理論對該流動(dòng)特性進(jìn)行理論研究。然后，將VOF方法引入到磨削液動(dòng)壓力的數(shù)學(xué)模型中，建立了描述磨削液射入旋轉(zhuǎn)砂輪周邊空氣流場時(shí)，所形成的磨削氣液兩相流的瞬態(tài)模型。最后，在不施加特殊的出口壓力邊界條件下，求解瞬態(tài)模型。 實(shí)驗(yàn)上，自行設(shè)計(jì)了磨削射流系統(tǒng)，并在MM7125平面磨床上，采用三種不同型號噴嘴供液，進(jìn)

3、行了磨削射流冷卻的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)的目的有三個(gè)：一是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所采用的流體力學(xué)理論、建立的氣液兩相流瞬態(tài)模型以及對出口壓力邊界條件的處理三個(gè)方面的合理性。二是通過實(shí)驗(yàn)獲得磨削氣液兩相流的動(dòng)壓力與噴嘴射流速度之間的關(guān)系。三是獲取各種實(shí)驗(yàn)條件下磨削氣液兩相流動(dòng)壓力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨削射流冷卻預(yù)測模型提供訓(xùn)練樣本和測試樣本。 在上述研究工作的基礎(chǔ)上，提出以磨削氣液兩相流的最大動(dòng)壓力與磨削液供給充分時(shí)磨削液單相流

4、的最大動(dòng)壓力之比作為評價(jià)指標(biāo)，用于衡量磨削射流冷卻的效果。建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨削射流冷卻預(yù)測模型。 為了求取評價(jià)指標(biāo)中使用的磨削液單相流的最大動(dòng)壓力，本文對磨削液單相流進(jìn)行了理論研究。分別建立了磨削液單相層流數(shù)學(xué)模型和磨削液單相湍流數(shù)學(xué)模型。通過施加特殊的出口壓力邊界條件，求解數(shù)學(xué)模型獲得了磨削液單相流的動(dòng)壓力變化規(guī)律及動(dòng)壓力的最大值。 在確定噴嘴射流速度的臨界值時(shí)，需要以空氣的最大壓力作為參考值。為此，本文建立了

5、描述磨削空氣流場特性的數(shù)學(xué)模型。仿真求解獲得了磨削空氣流場壓力的變化規(guī)律及空氣流場壓力的最大值。 本文理論模型的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果吻和得較好。這充分說明：將氣液兩相流理論用于磨削流場動(dòng)壓力的理論研究，方法是正確的。 利用本文所建立的氣液兩相流瞬態(tài)模型模擬磨削流場特性時(shí)，獲得以下結(jié)論：(1)磨削液在離開磨削區(qū)進(jìn)入空閑區(qū)時(shí)，是貼著砂輪圓周面，而不是貼著工件的表面。(2)磨削區(qū)內(nèi)的磨削液是貼著工件的表面而不是貼著砂輪的圓周