超聲振動外圓珩磨磨削區(qū)溫度場及單空化泡潰滅溫度研究.pdf

1、超聲振動外圓珩磨是基于傳統(tǒng)超聲珩磨的基礎(chǔ)上為進一步提高圓柱體外表面質(zhì)量而提出的一種精密加工方式，珩磨過程中油石條上附加了大振幅、高頻率的機械振動，油石條與工件之間受到珩磨壓力的作用會產(chǎn)生大量珩磨熱，致使珩磨磨削區(qū)溫度升高，工件表面溫度的升高會影響工件質(zhì)量。目前針對傳統(tǒng)磨削加工中磨削區(qū)溫度場的研究主要集中于建模和溫度測量，但以超聲振動珩磨加工為背景所展開的研究還較為罕見?？栈悄ハ鲄^(qū)常見的基本現(xiàn)象，空化泡在珩磨磨削區(qū)內(nèi)生長、膨脹直至潰

2、滅，在這個過程中空化泡內(nèi)會聚集大量高溫高壓能量，然后伴隨空化泡潰滅瞬間釋放，該能量會對磨削區(qū)周圍尤其是工件表面造成嚴重的熱損傷，甚至在工件表面形成熱損傷微坑。目前針對空化泡的研究主要集中于空化泡動力學，而對空化泡熱力學方面的研究還處于起步階段。因此，本文以超聲振動外圓珩磨為基礎(chǔ)，提出了以珩磨機理、熱源模型理論、空化泡動力學、熱力學平衡原理等為理論基礎(chǔ)對超聲振動外圓珩磨磨削區(qū)溫度場及單空化泡熱力學進行了基礎(chǔ)研究，主要工作包括:
　　

3、(1)探討了超聲振動外圓珩磨基本機理。以珩磨本質(zhì)磨粒-工件間的作用為基點，對珩磨磨粒進行了篩選;根據(jù)磨粒在工件上的磨削作用，對磨粒與工件之間的接觸長度進行了理論推導，結(jié)合超聲振動外圓珩磨過程中油石條同時進行往復和旋轉(zhuǎn)運動的特性，將磨粒的復合運動納入接觸長度的計算過程中，從微觀機理上揭示了外圓珩磨磨粒與工件之間的摩擦關(guān)系。
　　(2)建立了超聲振動外圓珩磨磨削區(qū)溫度模型和磨削區(qū)熱量分配模型?；诔曊駝油鈭A珩磨這種特殊的加工方式，其

4、珩磨油石條與工件之間的磨削接觸長度及珩磨加工時間都與普通磨削有所不同，在傳統(tǒng)熱源模型理論的基礎(chǔ)上，建立了對數(shù)熱源分布的超聲振動外圓珩磨磨削區(qū)熱源模型;在珩磨磨削區(qū)內(nèi)油石條與工件進行珩磨加工時會產(chǎn)生珩磨熱量，傳統(tǒng)磨削中，磨削熱會以一定的比例分配到磨削區(qū)內(nèi)，其中主要分配的有工件、磨削砂輪、冷卻液以及磨屑，在超聲珩磨的磨削區(qū)內(nèi)，空化效應的存在會改變傳統(tǒng)磨削熱的分配形式，建立了考慮空化效應下珩磨熱的分配比例模型，并分析了空化效應的對流換熱系數(shù)。

5、
　　(3)對珩磨熱量分配比例和珩磨磨削區(qū)溫度場進行了數(shù)值計算。在空化效應下珩磨熱的分配比例發(fā)生了變化，在比例分配模型中，多個磨削參數(shù)及珩磨參數(shù)都影響分配比例，首先計算了不同參數(shù)對模型中其余相關(guān)參數(shù)的影響，然后逐個分析各珩磨參數(shù)對珩磨熱傳人空化泡熱量比例的影響，在超聲主軸轉(zhuǎn)速、超聲波振動幅值、珩磨深度逐漸增大的過程中，傳入空化泡的珩磨熱比例也逐漸增加，但增大幅度和趨勢有所不同，而當超聲頻率、油石往復速度和珩磨壓力逐漸增大時，傳入空

6、化泡的珩磨熱比例卻逐漸減小，比較發(fā)現(xiàn)，珩磨壓力對其影響最大;珩磨參數(shù)對磨削區(qū)溫度場的影響各有不同，從變化趨勢上，不同參數(shù)下珩磨磨削區(qū)溫度基本呈現(xiàn)上升趨勢，但在不同的珩磨參數(shù)組下其上升趨勢和幅度不同，且在某些參數(shù)組下，珩磨磨削區(qū)溫度在上升到一定程度后會有反彈趨勢，這是由于珩磨時間短造成的，在珩磨參數(shù)中，超聲波振動幅值的影響較為特殊，在其影響下磨削區(qū)溫度并未表現(xiàn)出規(guī)律性的變化趨勢，但在整體變化過程中，珩磨磨削區(qū)溫度始終保持在一定范圍，最低溫

7、度約為350K，而最高溫度可以達到約1000K。
　　(4)研究了超聲振動外圓珩磨磨削區(qū)單空化泡動力學和潰滅溫度?？栈菰阽衲ツハ鲄^(qū)內(nèi)發(fā)生一系列動力學行為，在不同珩磨參數(shù)組下，其運動中所表現(xiàn)出的振動形式及振動幅度不同，建立了超聲振動外圓珩磨磨削區(qū)單空化泡動力學模型;數(shù)值計算各珩磨參數(shù)對空化泡運動半徑的影響，在參數(shù)變化時，空化泡會在磨削區(qū)振蕩，在不同參數(shù)下，其振蕩幅度不同，甚至在同一參數(shù)變化時，空化泡也會表現(xiàn)出不同的振動幅度甚至只發(fā)

8、生微弱的振蕩;在珩磨參數(shù)變化中，空化泡的最大振動半徑可以達到初始半徑的50倍;建立了珩磨磨削區(qū)單空化泡的潰滅溫度模型，該模型以能量平衡為理論基礎(chǔ)，建立在空化泡運動半徑的基礎(chǔ)上，并理論計算了空化泡潰滅時潰滅半徑與潰滅溫度之間的關(guān)系。
　　(5)試驗驗證了超聲空化泡潰滅熱效應。分別在水和煤油兩種不同的液體中對超聲空化效應發(fā)生的強度進行了試驗，不同環(huán)境下空化效應的產(chǎn)生時間和強度均不同，而相同環(huán)境下不同珩磨油石條上所表現(xiàn)出的空化狀態(tài)也不同