軸承研磨機(jī)加工流場的參數(shù)優(yōu)化及實驗分析

1、2015年9月第 43 卷第 17 期DOI機(jī)床與液壓 MACHINET00L 3 HYDRAULICS Sep. 2015Vol. 43 No. 17： 10.3969/j. issn. 1001-3881. 2015. 17. 010軸承研磨機(jī)加工流場的參數(shù)優(yōu)化及實驗分析廖少棚2，梁忠偉2，劉曉初2，周俊輝2，謝碧洪1!2(1.廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，廣東廣州510006$2.廣州市金屬材料強(qiáng)化研磨高性能加工重點實驗室，廣東廣州510006)摘要：為了探索研磨機(jī)研磨流場的較優(yōu)加工參數(shù)，應(yīng)用FLUENT對不同壓力人口以及同-壓力人口下不同人口磨料流 氣相百分比的加工流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，對

2、參數(shù)優(yōu)化后的研磨機(jī)進(jìn)行實驗研究。模擬結(jié)果表明：當(dāng)人口壓力在0.30.8 MPi時，流場存在較優(yōu)工作壓力，速度下降值較小，有利于磨削加工；當(dāng)人口壓力超過0.8 MPi時，隨著人口壓力的增 加，速度下降值也會增大，動能損失變大，所以在加工時，盡量保持人口壓力小于0.8 MPi,提高研磨機(jī)效率；相同人口 壓力下，磨料流氣相百分比的增加，也會導(dǎo)致流場速度突變的狀況，降低磨料流氣相的百分比可以提高研磨機(jī)效率。實驗 結(jié)果表明：優(yōu)化加工參數(shù)后能獲得較好的工件金屬表面效果。關(guān)鍵詞：研磨機(jī)；數(shù)值模擬；參數(shù)優(yōu)化；流場中圖分類號：TH161+. 14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-3881- (2015) 1

3、7-039-5Parameter Optimization and Experimental Analysis of the FlowField in Bearing Grinding MachineLIA0Shaopeng12，LIANGZhongwei1，2，LIUXiaochu1，2，ZH0UJunhui12，XIEBihong1，2(1. School of Mechanical and Electrical Engineerng，Guangzhou University，GuangzhouGuangdong 510006, China ； 2. Guangzliou Key Labo

4、ratory of High-performance Metal Materals ReinforcedGriiding Machining， Guangzhou Guangdong 510006，China)Abstract： In order to investigatecondition of the optimum processing and parameters under the same of inlet simulation was operated on the different pressure intet thpressurvapour phase by using

5、FLUENT software. Results show that when the inlet pressure ranges from 0. 3 MPa to 0. 8 MPa， flow field pres­ents the optimum worling pressure， and less decrement of flow velocities， which facilitates grinding operation in return. 0n the otherhand， when the inlet pressure higher than 0. 8 MPa，t

6、he velocity decrement will be intensified aloTherefore it is suggested to keep the inlet pressure lower than 0. 8 MPa， which improves the grinding efficiencsame inlet pressure， the break phenomenon of fowfield will happen together with the percentage increment of abrasive vapour phase， thus for tlie

7、 purpose of improving the efficiency of grinding machine， it is suggested to reduce the percantage of the vapour phase in the abrasive stuff. Experimental results demonstrate that a better surfacc finish of workpiece can be ensuredparameters.Keywords： Grinding machine； Numerical simulation； Paramete

8、r optimization； Flow field0前言也在研磨加工職人了大量研究。強(qiáng)傾磨技術(shù)還具有耗能少、成本低、效益好等優(yōu)點。其加工參數(shù)對研磨機(jī)的加工精度和加工工件硬度都有著重要影響10-2。因此深人探索研磨機(jī)的較優(yōu)工作參數(shù)，提高加工效率、研磨精度，對研麵內(nèi)流場進(jìn)行研究是非常必要的。為本文作者以尋找強(qiáng)化研磨機(jī)流場的較優(yōu)加工參數(shù) _，對磨料流流場進(jìn)行了數(shù)鎌擬，對不同壓力 金屬表面加工方法的研究-直是各國機(jī)械加工行 業(yè)的重點，工件表面的粗糙度對工件抗腐蝕性、耐磨 性甚至機(jī)械的整體穩(wěn)定性都存在重要意義。金屬表面 加工方法有表面熱處理、冷加工)2*以及表面鍍 膜3等。相比上述加工方法，強(qiáng)化研磨4

9、是一種利用 復(fù)合加工方法的使金屬材料擁有抗疲勞、抗腐蝕以及 抗磨損特性的精密加工技術(shù)，集塑性加工和研磨切削一體化的強(qiáng)化研磨加工方法，Zhongwei Liang等”人口、不同磨料氣相比值情況下的流場分布進(jìn)行了研收稿日期！ 2014-06-19基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51205073);國家星火計劃項目（2013GA780063);廣東省水利科技創(chuàng)新項目（2012-11);廣東省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新項目（2013KJCX0142);廣州市科技計劃項目（2012J4100053);浙江大學(xué)流體動力及機(jī)電系統(tǒng)國家重點實驗室開放基金項目（GZKF-201201);西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室

10、開放基金項目（TPL1311)作者簡介：廖少棚（溯一），男，碩士研究生，研究方向為多相流體分析研究和起重設(shè)備安全。E-mail： 28182507。40 機(jī)床與液壓第43卷究，得到有關(guān)于流場加工參數(shù)優(yōu)化的數(shù)值模擬圖形與 試驗數(shù)據(jù)。研磨流場的研究有助于加工參數(shù)的改進(jìn)以 及裝置的優(yōu)化。1研磨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)與模型選擇合理的噴嘴結(jié)構(gòu)能使磨料獲得高速度，提高加工 效率、降低成本，是超高速研磨噴射結(jié)構(gòu)的重要裝 置，錐型噴嘴結(jié)構(gòu)帶有導(dǎo)流作用的錐狀進(jìn)口和起集束作用的平直段，磨料進(jìn)入噴嘴相對容易，且磨料在噴 嘴截面上的分布與圓柱形噴嘴相比更均勻，很適合用 于超高速強(qiáng)化研磨的高壓條件。圖1 (a)為現(xiàn)場錐 型噴嘴結(jié)構(gòu)

11、圖，噴嘴主要參數(shù)有噴嘴入口直徑K、噴 口直徑F，噴口的錐長2，圖1 (b)為研磨機(jī)實物 圖，圖1 (c)為研磨機(jī)主要參數(shù)圖，表及研磨機(jī)的主要幾何參數(shù)。1是噴嘴以1 一工作腔擋板2 3 5 6 7 8噴嘴工作腔體 連接管磨料填充裝置廢料出口磨料出口4一下料裝置(b)研磨機(jī)實物圖 （c)研磨機(jī)主要參數(shù)圖圖1噴嘴和研磨機(jī)結(jié)構(gòu)圖表1噴嘴和研磨機(jī)主要幾何參數(shù)入口直徑(K)噴嘴噴口直徑(F)錐長(2)長度工作腔寬度高度301432640210+0_P*_MM+Ok (1)長度下料裝置寬度高度進(jìn)口出口直徑磨料填中徑充裝置高度FD6101902609646150400-(p*) -(p*) _r / _-*i

12、-7 ->. .*j ->* *2'1*T(0+'3"0) _'2, y+O*式中！ 0是平均速度梯度引起的湍流動能產(chǎn)生；0550是由于福利引起的揣流動能產(chǎn)生；Mm是可壓縮揣流 脈動膨脹對所有的耗散率的影響；'*、'2*、'3*是經(jīng) 驗常數(shù)，F(xiàn)LUENT 默認(rèn)值為._ 1.0、.*_ 1.3; Pr7 是湍流動能普朗特系數(shù)，一般默認(rèn)為0.85; c為重 力加速度在方向的分量；是膨脹系數(shù)；G動能馬赫值；+為聲速度。2控制方程以及邊界條件根據(jù)流體力學(xué)流體質(zhì)量守恒定律可得在2段 (圖1)，由于噴嘴直徑小，經(jīng)過噴嘴的流體流速很大 而

13、且內(nèi)外壓差很大，所以流經(jīng)2段（圖1)的時間很 短，在流體力學(xué)理論上對流體壓縮作用近似為0,而 且流場區(qū)域為大氣區(qū)域未經(jīng)過壓縮的流體進(jìn)入工作室 內(nèi)，在此不計重力，在液固兩相流中沒有質(zhì)量和熱量 交換，滿足以下控制方程15。連續(xù)方程！-* -? _+ = 0 -> -R質(zhì)量守恒方程：+-q) 17 + (?q) =0把研磨機(jī)模型導(dǎo)入ICEM C進(jìn)行網(wǎng)格生成，劃分采用非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格。計算域為工作腔、下料裝 置、連接管和磨料填充腔四個耦合體。研磨機(jī)網(wǎng)格模型節(jié)點總數(shù)為219 392個。以高速湍流的研磨流場為基礎(chǔ)，湍流對所研究的 流場影響顯著，-*標(biāo)準(zhǔn)湍流模型13的湍動能的運(yùn) 輸方程是通過精確方程推導(dǎo)得到的，并且強(qiáng)化研磨流 場的磨料高速性以及加工腔的空間較小，所以流體分 子之間的黏性可以被忽略14-5，因此- *標(biāo)準(zhǔn)湍流 模型是