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纳米粒子射流微量润滑磨削雾化喷嘴下游流场数值模拟与实验研究

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组合机床与自动化加工技术 2015年第9期 5-9页

作者：贾东洲李长河张彦彬张东坤张效伟青岛理工大学机械工程学院山东青岛266033

结合纳米粒子射流微量润滑磨削加工冷却润滑实际,针对雾化喷嘴进行下游流场数值模拟及实验研究。利用Fluent平台对连续相和离散相的轴向速度及在轴向位置上的径向速度进行仿真分析,并探讨了不同工况参数与喷嘴轴向速度的关系,当加入离... 详细信息

结合纳米粒子射流微量润滑磨削加工冷却润滑实际,针对雾化喷嘴进行下游流场数值模拟及实验研究。利用Fluent平台对连续相和离散相的轴向速度及在轴向位置上的径向速度进行仿真分析,并探讨了不同工况参数与喷嘴轴向速度的关系,当加入离散相后轴向速度和径向速度都大幅降低,且喷嘴直径对轴向速度的影响最为明显。进一步针对六种工况参数和雾化后液滴粒径的关系进行仿真研究,仿真结果表明工况参数与液滴粒径间的关系为非线性关系。利用高速摄像系统进行雾滴粒径和速度的测量实验,实验所获得液滴粒径略大于仿真粒径,液滴做变加速曲线运动且加速度值较大。

关键词：纳米粒子微量润滑磨削流场仿真

植物油基静电雾化微量润滑磨削的雾化机理与润滑性能实验研究

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植物油基静电雾化微量润滑磨削的雾化机理与润滑性能实验研究

作者：张晓阳青岛理工大学

学位级别：硕士

绿色可持续发展是当今制造业的主流趋势,为解决传统制造业成本高、资源浪费、环境污染等问题,《中国制造2025》对制造业提出清洁生产可持续制造的要求,十三五规划与山东省新旧动能转换均提出技术革新,绿色低碳的理念。磨削加工是机械加... 详细信息

绿色可持续发展是当今制造业的主流趋势,为解决传统制造业成本高、资源浪费、环境污染等问题,《中国制造2025》对制造业提出清洁生产可持续制造的要求,十三五规划与山东省新旧动能转换均提出技术革新,绿色低碳的理念。磨削加工是机械加工中不可或缺的加工方式,微量润滑磨削加工是一种节能环保的绿色磨削加工方式,但高压气流下的液体射流破碎机制复杂,无法实现对雾滴分布状态的主动控制。根据上述问题论文开展了植物油基静电雾化微量润滑磨削加工雾化机理与润滑性能实验研究,建立了针-板电极静电场分布及电晕放电模型及微量润滑磨削工况下多物理场耦合雾化动力学模型,对电晕放电机制、液体荷电机制、静电雾化特性做了系统研究与分析。最后以雾化锥角、雾滴荷电量、雾滴粒径分布为雾化性能评价参数,以加工工件表面粗糙度与表面形貌为润滑性能评价参数,对静电雾化微量润滑磨削雾化特性及润滑性能进行了实验研究。具体研究工作如下:(1)建立了荷电液体雾化机理力学模型,研究了液体荷电的三种不同方式,对针-板电晕放电的起晕条件作了量化分析,并分析了液滴在电晕放电条件下的荷电量,得出荷电液滴破碎的临界韦伯数与临界荷电量建立了荷电雾滴在流场与电场中的动力学模型。(2)建立了针-板电极静电场分布及电晕放电模型,分析得到不同电压下电势、电场强度的分布规律,并针对针极附近高场强区做了详细分析;研究了电晕放电带电粒子产生、运动、消散分布规律,进一步研究了电晕放电引起的离子风现象,得到空气流场分布及电流体分布。(3)建立了静电雾化微量润滑磨削工况下多物理场耦合雾化动力学模型,分析了液体荷电与破裂机制,得到了液滴形成速度与电荷密度的变化规律;建立了磨削区砂轮与喷嘴耦合气流场模型,依据仿真结果确定喷嘴位置;建立磨削工况下静电喷雾离散模型,分析不同电压下雾化锥角、雾滴平均粒径变化规律,建立了雾滴粒径累计分布与基于雾滴数的概率密度函数。(4)研究了不同电压对静电雾化特性的影响,实验分析了雾化锥角、荷质比、雾滴粒径分布规律并与仿真结果对比,分析实验与仿真出现的误差原因以及电压对润滑液雾化性能的影响。(6)使用植物油基合成酯对镍基合金进行了干式、浇注式、微量润滑、静电雾化微量润滑电压-2040kV 8种润滑工况下的磨削实验,通过对加工工件表面粗糙度Ra、RSm值以及工件表面形貌的综合分析,研究了静电雾化微量润滑磨削加工的润滑性能,分析得到最优的电场参数。

关键词：微量润滑磨削电晕放电电场分布静电雾化雾滴运动轨迹雾化特性润滑性能

纳米粒子射流微量润滑磨削区流场建模仿真与实验研究

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纳米粒子射流微量润滑磨削区流场建模仿真与实验研究

作者：韩振鲁青岛理工大学

学位级别：硕士

磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法，是用硬磨料颗粒作为切削工具进行加工过程的统称。磨削加工中去除单位材料体积所消耗的能量远大于其它切削加工方法，在磨削区产生大量的热，这些热传散在切屑、刀具和工件上，对工件表面质量和... 详细信息

磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法，是用硬磨料颗粒作为切削工具进行加工过程的统称。磨削加工中去除单位材料体积所消耗的能量远大于其它切削加工方法，在磨削区产生大量的热，这些热传散在切屑、刀具和工件上，对工件表面质量和使用性能影响极大。常规的磨削加工由于大量使用磨削液，被认为是对环境和工人健康伤害最大的机械加工方法，因此介于浇注式湿磨削和干式磨削之间的微量润滑技术的应运而生。对于微量润滑（Minimum Quantity Lubricant，MQL）技术的研究国内外主要集中在在切削加工过程中的应用，而MQL应用于磨削加工中的研究报告相对比较少，关于微量润滑磨削加工中的理论和实验研究也极少。本文首先对MQL系统中重要的喷嘴部分进行了结构设计和仿真研究，然后对砂轮周围空气流场、楔形区内返回流以及磨削加工中磨削区流场进行了相关理论分析仿真研究，最后进行了相关验证性实验。主要内容包括：(1)设计了一套微量润滑纳米流体供给装置，重点对喷嘴结构进行设计，并对喷嘴内部流场进行了模拟仿真。(2)在隔离工件的条件下对砂轮周围气流场进行了理论建模，得到了空气层厚度与空气层内外压力差之间的定量关系，并对磨削区气流场和楔形区内返回流进行了理论建模和仿真研究。(3)依据计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)理论，建立了微量润滑平面磨削加工中磨削区流场的理论模型，并进行了仿真研究。主要研究了砂轮线速度、最小间隙、喷嘴入射速度以及喷嘴位置对磨削区流场的影响规律。(4)在理论分析和模拟仿真的基础上，对理论分析和仿真结果进行了实验验证。实验研究了砂轮线速度、最小间隙、喷嘴入射速度以及喷嘴位置对磨削区流场的影响规律。结果表明，实验与理论仿真结果基本吻合，验证了理论分析仿真研究的正确性。

关键词：微量润滑磨削计算流体力学磨削区流场空气层返回流

高硬难加工材料微量润滑磨削测温实验方案研究

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内燃机与配件 2024年第14期 106-108页

作者：邹洪富龚艳丽文珍夏凯湖南工业职业技术学院湖南长沙410208 湖南省精密零件数控加工工艺数字化工程技术研究中心湖南长沙410208

伴随高端装备制造对高硬难加工材料应用与关键核心零件精密能级提升的要求,微量润滑磨削技术应用越来越广泛。然而,高磨削比能所引发的磨削区高温,是束缚工件加工质量与精度的重要因素。为此,针对磨削区的温度场分析与测温实验研究备受... 详细信息

伴随高端装备制造对高硬难加工材料应用与关键核心零件精密能级提升的要求,微量润滑磨削技术应用越来越广泛。然而,高磨削比能所引发的磨削区高温,是束缚工件加工质量与精度的重要因素。为此,针对磨削区的温度场分析与测温实验研究备受关注,尤其是高硬新材料与绿色加工新技术的发展与应用。本文结合磨削区温度分布规律理论分析,梳理磨削温度测量技术方法;针对适用高硬难加工材料微量润滑磨削的可磨式半人工热电偶测温装置进行优化设计。提出电火花微孔加工、穿丝嵌装、涂覆绝缘层等优化方案,解决原有测温装置所存在的绝缘层云母片装夹易破碎、热电偶结点厚度难控制、实验工件结构受损改变热传导等问题对测温精度的影响。

关键词：高硬难加工材料微量润滑磨削磨削温度测量

纳米流体微量润滑磨削的雾化装置优化设计分析

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内燃机与配件 2024年第16期 81-83页

作者：邹洪富夏凯文珍龚艳丽湖南工业职业技术学院湖南长沙410208 湖南省精密零件数控加工工艺数字化工程技术研究中心湖南长沙410208

新型工业化背景下,高端装备制造产业链高质量发展备受关注,尤其是新型硬脆材料机械加工与关键零部件精密能级的技术突破。应绿色加工技术发展要求与磨削加工高比磨削能特征,纳米流体微量润滑磨削技术得到广泛应用。在实际应用过程中,为... 详细信息

新型工业化背景下,高端装备制造产业链高质量发展备受关注,尤其是新型硬脆材料机械加工与关键零部件精密能级的技术突破。应绿色加工技术发展要求与磨削加工高比磨削能特征,纳米流体微量润滑磨削技术得到广泛应用。在实际应用过程中,为应对磨削加工参量优化调整需要,并适应磨削加工区域复杂气流场的高效微量润滑冷却,对所配设的微量润滑雾化装置提出较高的动态调整要求。本文将从气液两相流定量定压输送供给、雾化喷嘴高效可变装夹等方面进行雾化装置优化设计。以便于深入开展纳米流体微量润滑磨削机理分析与实验研究,并提升其在机械加工生产应用中的操作效率。

关键词：纳米流体微量润滑磨削雾化装置优化设计

高硬难加工材料微量润滑磨削的温度场仿真研究

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内燃机与配件 2024年第19期 15-17页

作者：邹洪富文珍夏凯易杰张宇尘湖南工业职业技术学院湖南长沙410208 湖南省精密零件数控加工工艺数字化工程技术研究中心湖南长沙410208 湖南五新建筑科技有限公司湖南长沙410199

智能制造背景下,材料科学的发展与关键核心零件精密能级的提高,尤其是新兴高硬材料的广泛应用,对磨削精密加工提出新的挑战。磨削接触区的高温是束缚磨削高精度加工的核心要素。与此同时,降本增效、绿色环保加工的提出,推进了微量润滑... 详细信息

智能制造背景下,材料科学的发展与关键核心零件精密能级的提高,尤其是新兴高硬材料的广泛应用,对磨削精密加工提出新的挑战。磨削接触区的高温是束缚磨削高精度加工的核心要素。与此同时,降本增效、绿色环保加工的提出,推进了微量润滑技术在磨削加工领域的应用。本文结合磨削热生成机理与磨削表面强化换热机理,构建三维瞬态磨削温度场数学模型与数值仿真模型,开展高硬难加工材料微量润滑磨削的温度场仿真研究,为高硬难加工材料微量润滑绿色磨削冷却方法的应用和推广提供理论基础。

关键词：高硬难加工材料微量润滑磨削温度场仿真

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基于有限元法的微量润滑绿色磨削温度场分析

机械工程师 2013年第8期 136-138页

作者：顾礼铎张黎燕河南机电职业学院机械系河南新郑451191

运用有限元法分析推导出微量润滑磨削温度场的数学模型,并通过ANSYS软件对磨削温度场进行了仿真,得出了微量润滑磨削温度场的分布。与实验值相比较,有限元法分析结果具有一定的精度,为深入研究微量润滑磨削温度提供了一条有效途径。

关键词：微量润滑磨削温度场有限元法

混合纳米流体微量润滑与多角度超声振动耦合磨削表面创成机理及实验研究

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混合纳米流体微量润滑与多角度超声振动耦合磨削表面创成机理及实...

作者：张仙朋青岛理工大学

学位级别：硕士

制造业的绿色发展是国际大趋势,减少机械加工特别是磨削加工使用大量磨削液,从根源杜绝环境和健康问题,发展清洁、高效、低碳磨削加工新工艺已成为绿色制造必由之路。纳米流体微量润滑磨削继承了微量润滑磨削的所有优点,又解决了微量润... 详细信息

制造业的绿色发展是国际大趋势,减少机械加工特别是磨削加工使用大量磨削液,从根源杜绝环境和健康问题,发展清洁、高效、低碳磨削加工新工艺已成为绿色制造必由之路。纳米流体微量润滑磨削继承了微量润滑磨削的所有优点,又解决了微量润滑磨削的换热问题,是一种节能环保、绿色低碳的磨削加工技术。然而,单一纳米粒子无法兼具良好的润滑性能和冷却性能,而且纳米流体微量润滑无法实现对工件表面微观形貌的主动控制。根据上述问题论文开展了AlO/SiC混合纳米流体微量润滑与多角度二维超声振动耦合磨削的研究工作,将混合纳米流体的浓度和不同的物理包覆现象对微量润滑磨削中磨削力与表面形貌的影响规律以及射流参数优化进行了研究,并通过matlab仿真得到不同角度的二维超声振动椭圆轨迹的变化规律,分析了不同角度的椭圆轨迹对多角度二维超声振动磨削表面形貌影响的作用机理,最后对多角度二维超声振动辅助AlO/SiC混合纳米流体微量润滑磨削的表面创成机理进行了实验研究。具体研究工作如下:(1)研究了AlO/SiC混合纳米流体微量润滑磨削相关的润滑机理,探究了润滑性能的评价参数。通过使用磨削力、磨削力比、比磨削能、工件去除参数、表面粗糙度以及工件表面与磨屑表面微观形貌等参数来表征润滑性能。(2)研究了不同浓度的AlO/SiC混合纳米流体对微量润滑磨削砂轮/工件界面润滑性能的影响规律,并与纯AlO纳米流体和纯SiC纳米流体的润滑性能做比较,分析了混合纳米流体微量润滑的优越性,并得出最佳的浓度配比AlO/SiC混合纳米流体。(3)将不同粒径的AlO和SiC纳米粒子混合与基础油配制纳米流体,进行了纳米粒子射流微量润滑磨削高硬材料镍基合金实验。通过分析磨削性能参数:比磨削力、工件去除参数、表面粗糙度(Ra值、RSm值和轮廓支撑长度率)、磨屑形貌、接触角以及进一步对工件表面轮廓曲线的互相关分析,探究了AlO/SiC混合纳米流体不同粒径产生的不同“物理协同作用”和“包覆效果”对润滑性能的影响规律。(4)通过正交实验优化AlO/SiC混合纳米流体微量润滑磨削射流参数,然后在得到的几组相对优化的射流参数的基础之上进行实验验证,并借助于工件表面微观形貌的功率谱密度分析,工件表面形貌及磨屑形貌分析,从而得到最优的射流参数。(5)通过机械阻抗研究了二维超声振动系统的组合共振问题,分析了此振动系统随超声频电信号激励的动态响应情况,得到切向超声振子与轴向超声振子的共振频率分别为19960Hz和19930Hz。根据超声振动理论,从运动学角度分析了多角度二维超声振动辅助磨削砂轮磨粒与工件的相对运动轨迹特征,并首次建立了多角度二维超声振动辅助磨削砂轮磨粒与工件相对运动的数学模型,并且利用Matlab仿真得到了不同角度变化时的椭圆几何形状、仿研磨的运动轨迹以及单个周期内磨粒与工件的相对运动轨迹的变化特征。根据砂轮磨粒切削接触弧长模型,计算了磨粒从切入工件到切出工件所需时间,并结合超声振动的振动周期,计算得到磨粒从切入工件到切出工件过程中超声振动系统完成的振动次数,验证了二维超声振动磨削一次切削多次光磨的作用特点。(6)进行了多角度二维超声振动磨削系统装备设计,并进行实物搭建,而且根据多角度二维超声振动辅助磨削砂轮磨粒与工件相对运动的数学模型及Matlab仿真结果进行了实验研究,实验研究了多角度二维超声振动辅助AlO/SiC混合纳米流体微量润滑磨削的表面创成机理,并通过实验对比一维超声振动与二维超声振动磨削工件表面质量及其微观形貌。同时,调整轴向超声振子改变二维超声振动的合振方向,研究了最佳的合振角度。

关键词：微量润滑磨削混合纳米流体润滑性能多角度二维超声振动椭圆轨迹表面创成机理相关性分析

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纳米流体两相流磨削区压力场建模与实验

解放军理工大学学报（自然科学版） 2013年第5期14卷 558-564页

作者：韩振鲁李长河青岛理工大学机械工程学院山东青岛266033

主要对纳米粒子射流微量润滑磨削砂轮与工件界面压力场进行理论建模与数值仿真。建立了纳米粒子射流微量润滑磨削区两相流压力场的数学模型,并进行了仿真。结果表明:磨削区动压力随着砂轮转速的增加,射流速度的增大而增大;随着最小间隙... 详细信息

主要对纳米粒子射流微量润滑磨削砂轮与工件界面压力场进行理论建模与数值仿真。建立了纳米粒子射流微量润滑磨削区两相流压力场的数学模型,并进行了仿真。结果表明:磨削区动压力随着砂轮转速的增加,射流速度的增大而增大;随着最小间隙的增大急剧减小;3种喷嘴角度下,当喷嘴位置角度为15°时,磨削区沿砂轮进给方向的压力大于其他2种位置。在KP-36精密磨床以及纳米粒子射流供给装置构建的实验平台上,利用CY3018型压力传感器测试压力场变化规律,研究了砂轮转速、最小间隙、射流速度以及喷嘴角度对磨削区压力场的影响,实验测得的数据与仿真数据基本吻合,验证了理论研究的正确性。

关键词：微量润滑磨削纳米流体压力场磨削区