行星滾筒滾磨加工中液固兩相湍流運(yùn)動機(jī)理的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)驗(yàn)，對研磨過程的本質(zhì)特征尚無根本性的認(rèn)識。目前離心式自由磨粒研磨設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)及研磨工藝參數(shù)完全憑經(jīng)驗(yàn)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(yùn)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(jī)行星傳動比將直接改變湍流流場的分布，是影響整團(tuán)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(yùn)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(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)磨料在滾筒內(nèi)的運(yùn)動是極為復(fù)雜的，至今磨料運(yùn)動特征對拋光過程影響機(jī)制尚不十分了解，深入研究磨料運(yùn)動特征以及它對拋光過程影響對于優(yōu)化機(jī)器的設(shè)計(jì)參數(shù)和加工工藝參數(shù)，進(jìn)一步提高加工效率具有重要意義。 本文以在離心場中運(yùn)動的整團(tuán)磨料為研究對象，從理

3、論和實(shí)驗(yàn)兩方面分析了離心式自由磨粒研磨生產(chǎn)過程中整團(tuán)磨料在不同參數(shù)下運(yùn)動的流態(tài)特征，指出整團(tuán)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(tuán)磨料運(yùn)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(jì)算流體力學(xué)的方法描繪出典型行星傳動比下磨料運(yùn)動特征，包括磨料的體積分?jǐn)?shù)分布、壓力分布、速度矢量分布等。這些特征反映出磨料團(tuán)在運(yùn)動過程中的變化規(guī)律。理論分析與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)對做離心運(yùn)動的整團(tuán)磨料不同區(qū)域的濃度、速度和加速度進(jìn)行分析，對于優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)、提高生產(chǎn)率十分經(jīng)濟(jì)有效。 實(shí)驗(yàn)方面應(yīng)用高速攝影手段獲得了對行星整團(tuán)磨料加工時磨料液固兩相流運(yùn)動的感性認(rèn)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(tuán)磨料在離心場中的運(yùn)動規(guī)律，指明整團(tuán)磨料在運(yùn)動過程中，其滑移層的運(yùn)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