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热管砂轮干磨削温度场数值模拟

金刚石与磨料磨具工程 2012年第2期32卷 1-5,11页

作者：梁星慧傅玉灿赫青山陈琛南京航空航天大学南京210016

基于一种利用热管技术对磨削弧区进行强化换热的构想,采用FLUENT软件建立了环形热管砂轮干磨削温度场的仿真模型,得到了热管换热能力与热流密度、转速和砂轮壁厚的关系,并在相同热流密度下对比了热管砂轮与热管砂轮弧区的温度。仿真结... 详细信息

基于一种利用热管技术对磨削弧区进行强化换热的构想,采用FLUENT软件建立了环形热管砂轮干磨削温度场的仿真模型,得到了热管换热能力与热流密度、转速和砂轮壁厚的关系,并在相同热流密度下对比了热管砂轮与热管砂轮弧区的温度。仿真结果表明:弧区温度会随着热流密度的增大相应升高,随着转速的增大而降低,热管的启动时间会随着砂轮壁厚的增大减慢;相同热流密度下,热管砂轮的弧区温度明显低于无热管砂轮。最后通过干磨削钛合金TC4试验,对仿真结果进行了验证。

关键词：热管砂轮温度场 Fluent软件干磨削

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热管砂轮磨削高温合金GH4169实验研究

金刚石与磨料磨具工程 2013年第4期33卷 5-9页

作者：赫青山傅玉灿陈佳佳张玮南京航空航天大学机电学院南京210016

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在的磨削烧伤问题,根据热管技术可进一步强化磨削弧区换热的特点,设计了一种新型磨具——热管砂轮,并成功制备出能够用于实际加工的单层电镀CBN热管砂轮。随后,通过磨削对比实验,验证了热管砂轮在高... 详细信息

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在的磨削烧伤问题,根据热管技术可进一步强化磨削弧区换热的特点,设计了一种新型磨具——热管砂轮,并成功制备出能够用于实际加工的单层电镀CBN热管砂轮。随后,通过磨削对比实验,验证了热管砂轮在高效深磨高温合金GH4169时,对磨削温度的控制效果。实验结果表明:在相同实验条件下,当使用无热管的普通砂轮时,在磨削弧区会产生高温,而使用热管砂轮时可以有效将磨削温度维持在100℃以下,避免工件烧伤。

关键词：热管砂轮高温合金磨削温度强化换热

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热力耦合下轴向旋转热管砂轮的强度分析

金刚石与磨料磨具工程 2021年第2期41卷 9-16页

作者：姜华飞陈佳佳傅玉灿徐幼林南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京航空航天大学机电学院南京210016

为研究高效成型磨削加工过程中轴向旋转热管砂轮(heat pipe grinding wheel,HPGW)的基体强度,且考虑到HPGW强化换热的特点,使用ANSYS workbench对热力耦合下的HPGW进行有限元分析。得到30000 r/min转速下,HPGW的最大等效应力为26.481 M... 详细信息

为研究高效成型磨削加工过程中轴向旋转热管砂轮(heat pipe grinding wheel,HPGW)的基体强度,且考虑到HPGW强化换热的特点,使用ANSYS workbench对热力耦合下的HPGW进行有限元分析。得到30000 r/min转速下,HPGW的最大等效应力为26.481 MPa,最大变形量为0.0148 mm,均符合许用要求。分别探讨不同磨削用量、基体材料和工件材料条件下,转速对最大等效应力和变形量的影响。结果表明:同一进给速度和切深下,随着转速提高,HPGW的最大等效应力先降后升,最大变形量则不断降低。基体材料为2Cr13的HPGW采用缓进深切工艺磨削钛合金,可以最大程度地减小砂轮的应力和变形量。本条件下的最佳工艺参数为砂轮转速n=10000 r/min、工件进给速度vw=80 mm/min和磨削切深ap=0.10 mm。

关键词：热管砂轮热力耦合有限元分析强度校核应力和变形量

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热管砂轮缓进给深切磨削钛合金试验

航空制造技术 2014年第12期57卷 78-82页

作者：陈琛傅玉灿赫青山陈佳佳张玮南京航空航天大学机电学院

分析了热管砂轮在磨削过程中的强化换热原理并研制出可用于磨削加工的热管砂轮,实现了对热管砂轮的抽真空检漏、精确注液以及真空封尾。最后,开展了热管砂轮缓进给深切磨削TC4钛合金的试验研究。试验结果表明,热管砂轮能将磨削弧区积聚... 详细信息

分析了热管砂轮在磨削过程中的强化换热原理并研制出可用于磨削加工的热管砂轮,实现了对热管砂轮的抽真空检漏、精确注液以及真空封尾。最后,开展了热管砂轮缓进给深切磨削TC4钛合金的试验研究。试验结果表明,热管砂轮能将磨削弧区积聚的热量通过砂轮内部热管的换热作用快速疏导出去,从而有效降低磨削温度,避免工件烧伤。

关键词：热管砂轮缓进给深切磨削钛合金磨削温度强化换热

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热管砂轮强化换热性能试验研究

热管砂轮强化换热性能试验研究

作者：陈琛南京航空航天大学

学位级别：硕士

制约高效磨削技术发展的瓶颈是由磨削弧区高温引起的工件烧伤以及砂轮磨损加剧等问题。在深入归纳和总结高效磨削时弧区热作用机理的基础上，本文基于热管砂轮实现磨削弧区强化换热这一创新构想，结合当前热管砂轮的研究现状，提出了定... 详细信息

制约高效磨削技术发展的瓶颈是由磨削弧区高温引起的工件烧伤以及砂轮磨损加剧等问题。在深入归纳和总结高效磨削时弧区热作用机理的基础上，本文基于热管砂轮实现磨削弧区强化换热这一创新构想，结合当前热管砂轮的研究现状，提出了定量模拟弧区热源并准确测量热管热端与冷端温度以全面评价热管砂轮强化换热性能的思想，分析了不同冷端条件、工作介质、砂轮转速以及加热功率条件下热管砂轮的换热效果，最后通过与无热管砂轮进行对比，确证了热管砂轮的换热优势。围绕此构想，本文主要开展了以下几项研究工作：（1）提出了热管砂轮强化换热性能评价系统的总体设计要求，结合回转热管技术设计了热管砂轮基体，包括砂轮基体结构、工作介质与管壁材料等。同时，对热管砂轮强化换热性能评价各分系统进行了详细的设计，包括加热装置、测温系统、信号的采集与处理以及冷端条件等。（2）制备了一种热管砂轮基体并实现了对热管砂轮基体的抽高真空、精确注液以及真空封尾，建立了可定量模拟弧区热源并准确测量热管热端与冷端温度的热管砂轮强化换热性能评价系统，并对系统进行了总装与调试。调试结果表明，该系统能准确稳定地采集热管热端与冷端热电势信号，满足后续试验研究的要求。（3）完成了热管砂轮强化模拟磨削弧区换热的试验研究。分析了不同冷端条件、工作介质、砂轮转速以及加热功率条件下的热管砂轮换热效果，并通过在相同条件下与无热管砂轮进行对比，确证了热管砂轮在强化磨削弧区换热上的优势。

关键词：热管砂轮强化换热模拟磨削弧区换热性能评价

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热管砂轮换热性能仿真及试验研究

热管砂轮换热性能仿真及试验研究

作者：沈厚法南京航空航天大学

学位级别：硕士

热管砂轮通过将环形热管与磨削工具砂轮相结合,利用环形热管的高导热性,达到降低磨削弧区温度,避免工件烧伤的目的。虽然已开展的研究已经充分验证了热管砂轮应用于难加工材料高效磨削时强化弧区换热的可行性,但对其换热机理和具体换热... 详细信息

热管砂轮通过将环形热管与磨削工具砂轮相结合,利用环形热管的高导热性,达到降低磨削弧区温度,避免工件烧伤的目的。虽然已开展的研究已经充分验证了热管砂轮应用于难加工材料高效磨削时强化弧区换热的可行性,但对其换热机理和具体换热性能还有待更深层次的研究。所以本文将从仿真和试验两个方面对热管砂轮换热性能开展研究,分析热管砂轮的具体换热机理,探究相关因素(砂轮转速、磨削弧区热流密度、充液率和冷端条件)对热管砂轮换热性能的影响。最终针对热管砂轮总结一种从换热仿真到换热试验,再到磨削试验验证的性能评价和优化方法。围绕此思路,本文主要开展的研究工作如下:(1)总结热管砂轮换热性能仿真相关研究的现存问题,结合普通重力热管的仿真方法,针对热管砂轮的工作条件建立准确的仿真模型,最后基于仿真角度分析各个因素对热管砂轮换热性能的影响关系和热管砂轮的换热机理;(2)优化现有的热管砂轮换热试验平台,开展热管砂轮换热性能试验,从试验角度分析各个因素对热管砂轮换热性能的影响关系,得出一组使热管砂轮换热性能最佳的使用参数,并将试验结果与仿真结果对比,验证仿真模型的准确性;(3)基于换热仿真和换热试验优化出的参数,开展热管砂轮干磨高温合金验证试验,对比有无热管的磨削弧区温度,验证优化结果的准确性

关键词：热管砂轮换热性能数值仿真高温合金磨削试验

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热管砂轮缓进给深切磨削高温合金试验研究

热管砂轮缓进给深切磨削高温合金试验研究

作者：朱延斌南京航空航天大学

学位级别：硕士

“热管砂轮”技术结合了热工学的高效导热元件热管与常用的磨削工具砂轮,是在“绿色制造”理念之下,对高效磨削加工技术的一次里程碑式的完善与发展。凭借砂轮中的环形热管,不仅可以有效地控制弧区温度,防止工件烧伤和砂轮过度磨损,还... 详细信息

“热管砂轮”技术结合了热工学的高效导热元件热管与常用的磨削工具砂轮,是在“绿色制造”理念之下,对高效磨削加工技术的一次里程碑式的完善与发展。凭借砂轮中的环形热管,不仅可以有效地控制弧区温度,防止工件烧伤和砂轮过度磨损,还能减少乃至取消磨削液的使用,这样一来,降低了磨削成本、减轻了环境污染,是“绿色制造”理念的具体表现。已开展的研究已充分证实了热管砂轮应用于难加工材料高效磨削中的可行性,但对其工作时的特性尚未有系统的研究,故其工作的稳定性仍有待提高。热管砂轮的换热性能取决于工作腔的结构、工作介质注入量、磨削用量以及磨削弧区热流密度。为了研究各个因素对热管砂轮换热性能的影响、提高热管砂轮的可靠性、总结针对特定磨削条件下的热管砂轮的设计制造思路,本文设计、开展了一系列模拟磨削的热管砂轮传热性能试验及磨削试验,最终得出符合设计要求的热管砂轮设计方案。围绕此思路,本文主要开展的研究工作如下:(1)总结磨削GH4169高温合金的工艺特点,明确GH4169的缓进给深切磨削工艺,并在此基础上,提出满足该工艺要求的热管砂轮的设计方法;(2)研制满足设计要求的可拆卸、充液率可变、工作腔尺寸可变的热管砂轮,开展传热性能试验,分析得出适用于缓磨GH4169高温合金工艺的热管砂轮的工作腔尺寸、充液率,作为磨削用热管砂轮的设计依据;(3)利用所研发的热管砂轮,设计、开展磨削试验,通过对磨削弧区温度及工件加工质量的分析,综合评价热管砂轮的磨削性能;(4)总结出针对特定磨削工艺热管砂轮的设计思路与流程。

关键词：热管砂轮换热性能设计方法高温合金缓进给深切磨削

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热管砂轮高效磨削温度场研究

热管砂轮高效磨削温度场研究

作者：梁星慧南京航空航天大学

学位级别：硕士

在难加工材料的高效磨削加工中，由于被加工材料导热性能差，使其在磨削加工中更易出现弧区的热量聚集，以致引起磨削烧伤、材料去除率低与砂轮磨损快等一系列问题，因此，磨削中采用何种有效的冷却方法就显得尤为重要。热管砂轮是将热... 详细信息

在难加工材料的高效磨削加工中，由于被加工材料导热性能差，使其在磨削加工中更易出现弧区的热量聚集，以致引起磨削烧伤、材料去除率低与砂轮磨损快等一系列问题，因此，磨削中采用何种有效的冷却方法就显得尤为重要。热管砂轮是将热管技术应用于磨削加工中，借助热管优良的传热性能，将弧区产生的热量从砂轮基体迅速传出，从而有效控制弧区温度，为解决磨削热提供了一个新的途径。本文基于热管砂轮磨削弧区强化换热构想，建立了热管砂轮的传热仿真模型，利用FLUENT软件计算并分析了热管砂轮在不同弧区热流密度、砂轮转速、热管壁厚以及磨粒排布下的换热性能，同时通过与无热管砂轮进行对比，证明了热管砂轮对磨削温度的控制能力。最后通过干磨削钛合金对比试验验证了仿真结果。主要研究内容如下：（1）根据热管砂轮工作原理及结构形式，采用GAMBIT前处理软件建立了热管砂轮的仿真几何模型，包括砂轮基体、热管、磨粒和热源四部分，同时将尺寸较小的磨粒和尺寸较大的砂轮基体采用逐渐过渡的方法划分为三角形非结构网格。（2）利用仿真软件对不同弧区热流密度、砂轮转速、热管壁厚以及磨粒间距的热管砂轮温度场进行仿真分析，并在相同热流密度下对比了热管砂轮与无热管砂轮的弧区温度。仿真结果表明：弧区温度会随着热流密度和磨粒间距的增大相应升高，随着转速的增大而降低;热管的启动时间会随着砂轮壁厚的增大减慢;在相同热流密度下，热管砂轮的弧区温度明显低于无热管砂轮。（3）使用热管砂轮与无热管砂轮进行了钛合金干磨削对比试验。根据磨削弧区平均热流密度公式，对比了相同热流密度下的试验中的弧区温度与仿真中的弧区温度。结果表明试验结果与仿真结果在趋势上是一致的，同时也证明了热管砂轮可以依靠其自身的热管结构进行弧区的冷却，有效的控制弧区温度。

关键词：高效磨削热管砂轮温度场 FLUENT 干磨削

高效磨削用热管砂轮基体应力应变分布的有限元分析

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金刚石与磨料磨具工程 2014年第1期34卷 43-47,52页

作者：张玮傅玉灿陈佳佳赫青山朱延斌南京航空航天大学机电学院南京210016

鉴于高效磨削用热管砂轮对其基体强度提出了越来越高的要求,通过ANSYS仿真软件对其进行有限元数值模拟,分别探讨了两种不同基体材料的热管砂轮在空转条件下以及磨削力和离心力共同作用下的应力应变分布,得到了热管砂轮在不同转速下的应... 详细信息

鉴于高效磨削用热管砂轮对其基体强度提出了越来越高的要求,通过ANSYS仿真软件对其进行有限元数值模拟,分别探讨了两种不同基体材料的热管砂轮在空转条件下以及磨削力和离心力共同作用下的应力应变分布,得到了热管砂轮在不同转速下的应力分布图以及径向位移的分布情况,并完成砂轮基体的强度校核。仿真结果为热管砂轮结构的改进提供了有益的参考,对热管砂轮的结构优化具有理论指导意义。

关键词：热管砂轮高效磨削有限元仿真应力应变分布强度校核