磨削区微通道几何模型及微液滴浸润机制与实验验证

作     者：唐立志 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张彦彬

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：磨削 微量润滑 砂轮几何模型 工件表面形貌 毛细渗透 

摘      要：磨削作为一种基础的机械加工方式,通常使用浇注式冷却润滑。由于十四五规划重大战略的提出,浇注式不再符合绿色制造和环境友好型的发展方向。为了缓解浇注式对环境带来的负面影响,研究人员对微量润滑磨削加工方式中的参数优化进行了实验研究。但是磨削过程中,磨削区的几何形貌成为了阻碍进一步研究磨削作用机理及微量润滑液体浸润机制的瓶颈,参数化主动控制砂轮/工件界面之间毛细微通道的形成与磨削区液体毛细渗透的本源问题难以解决。针对上述问题,在国家自然科学基金的支持下建立了单颗磨粒随机几何模型与运动模型;构建了砂轮模型以及工件表面的三维形貌模型;揭示了磨削区的毛细微通道的形成机理并建立了微量润滑液体渗透速度模型,通过理论和实验得到了不同工况下液体在磨削区的渗透规律。论文的主要内容如下:(1)建立了单颗磨粒随机几何模型和单颗磨粒运动学模型,构建了单颗磨粒磨削工件表面形貌预测模型。通过建立随机平面方程的方式模拟了磨粒表面特征无序性,通过矩阵提取了磨粒在磨削过程中的最大切削截面;分析了磨粒与工件之间的相对运动关系,建立了单颗磨粒的运动学模型;建立了基于赫兹接触理论的磨削工件表面弹性变形模型,并通过数值计算的方法得出单颗磨粒磨削工件表面形貌的预测模型。(2)建立了磨粒有序排布砂轮几何模型,分析了阵列排布砂轮和位错排布砂轮在磨削过程中的作用机理。建立了磨粒不同排布方式下的磨削工件表面形貌预测模型,并总结了磨粒轴向间距与磨粒周向间距对磨削工件表面形貌的影响规律。(3)建立了磨粒随机排布砂轮的几何模型,揭示了砂轮在磨削过程中的磨削作用机理,建立了磨削工件表面形貌预测模型。通过磨粒粒径的正态分布模型和磨粒空间位置的随机分布模型建立了砂轮表面三维形貌模型;揭示了磨削过程中磨粒相对位置对磨削工件表面形貌的影响机理以及磨粒运动轨迹之间的干涉作用机制;建立并分析了不同磨削参数下工件表面形貌的预测模型和变化规律。(4)建立了不同砂轮目数下的砂轮工件界面毛细微通道几何模型,分析了砂轮目数对毛细微通道截面尺寸的影响规律;进一步建立了微量润滑液体在毛细微通道内的渗透速度模型,通过理论计算了不同目数砂轮/工件界面对微通道内液体渗透速度的影响规律并通过实验进行了验证。(5)进行了不同磨削参数下高温镍基合金GH4169的磨削实验,研究了砂轮目数和磨削深度对磨削工件表面粗糙度的影响规律,并且验证了不同砂轮目数和不同磨削深度下工件表面三维形貌预测模型。