湿磨加工磨削热模型的研究.pdf

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1、精密制造与自动化2014年第2期湿磨加工磨削热模型的研究张东坤周燕刘明政李长河(1．青岛理工大学山东青岛266033；2．青岛理工大学琴岛学院山东青岛266106)摘要通过在试验结果中得到必要的参数，工件磨削区表面的温度就可以进行预测。结果表明，一般磨削条件下的磨削液流量足以覆盖在磨削区的热边界层，在一些磨削条件下预测的表面温度与试验数据进行了比较，除了水基磨削液的缓进给磨削理论值与试验值有偏差外，其它磨削过程均吻合很好。理论值与试验结果之间的差异是由于恒定的热性能和在热模型的发展中忽视横向传导产生的。关键词热模型湿磨温度1热分析切顺磨过程中砂轮一工

2、件接触的几何形状如图1／磨削液所示。～—件图3热传递途径热流密度qh瞬间传递到切屑、工件和砂轮上。因此qh=q-t-qw”，qc“是流到切屑的热，q是图1顺磨过程中的砂轮．工件接触几何图流到工件和砂轮的热。q可以表示为qwf=q。tl—q，因为q被认为是磨粒／I件界面磨削区砂轮接触的工件长为，、宽为b。磨削过程热源的一部分，这种热将会传递到工件或者砂轮中的热源来自3个方面：磨粒／工件界面、磨粒／切屑上，可以表示为qf=q+qg。q是流到磨粒的界面和工件／切屑之间的剪切面(如图2所示)。在磨·热，qg是从磨粒位置流到工件的热。一些热流qg粒／工件和磨粒

3、／切屑界面产生摩擦热，工件／切屑剪将会留在工件，一些会被磨削液带走，表示为切面和磨粒／工件界面产生塑性变形。在湿磨磨削区qw”g=qwb-t-q；。qwb是留在工件上的热，假定为均产生的热量转移到切屑、磨削液、砂轮和工件上。匀分布在整个工件表面，q；是流到磨削液的热，假定在磨削液表面是均匀的。为了简化分析，假定：(1)磨削区是一个二维的区域；(2)系统在稳态条件下；(3)在磨削中热流传递到切屑、磨料和工件上的磨削液是均匀和恒定的；(4)系统的热性能是恒定的；(5)传导的运动方向是可以忽略不计的。在此基础上，砂轮、砂轮磨粒和工件上磨削液的能量方程可以分

4、别写成：图2切屑形成的示意图Org=(1a)在该模型中，热将被认为是在剪切界面和在磨警=w(1b)粒／工件界面产生，值为q。tl=qh+qwf，qh是剪切面上产生的热流(每单位面积)Nqwf是在磨粒／工OTf=嘶02Tf(1c)件界面产生的热流密度(如图3所示)。d10张东坤等湿磨加工磨削热模型的研究1．1热传递到砂轮磨粒、工件和磨削液磨粒、工件和磨削液在磨削过程中的对流换热h—s=薏系数、砂轮的边界条件r(x，z)是hc=—(pCp)wtcVg(10)__(0，z)，j=，一glqg”，Too(xlcx3)：。平均未变形切屑厚度在磨削过程中可以表示

5、为(2)：finite微分方程(1a)的解和边界条件(2)为无量纲形[⋯)式，它可以表示为式(11)中，即是每单位面积磨粒的数量，r：b／tc是切屑平均宽度与平均厚度的比率，界面的长度2(鲁)1／2exp(薏)一zger()㈥lsh=tJsin。无量纲量被定义为式(11)中的参数n通过试验得到，将随着砂轮(一，j)／(qg／pcp)g)，特性变化而改变。=(xv／a)g,Zg=(zV／．)g。剩余的能量q将被认为传递到工件，它的传砂轮磨粒的局部表面温度(z=0)是热关系为0g，=2／(4)h一=(12)砂轮的磨料的局部对流换热系数是式(12)中，w=

6、L．~(kpCpV)g]一(13)￡ShJhgqg=[_1／(5)式(9)中，界面的平均温度h必须等于界面切屑的式(5)中，k为工件导热系数，W／mk；P为工件材料温度(见式(12))，得到的密度，kg／m；c。为工件的比热，J／kg·℃。qws=qc(14)此外，热边界层的厚度可以被定义为从表面，LWSnC到温升为1％的距离，=0．O1。从式(3)、(4)中联立式(8)和(14)，得到得到，Z／2=1．605和=3．21(ax／)1／2。qqsh(15)局部对流换热系数与工件的基体温度相对应，即砂轮的磨粒形状是不规则的。然而在磨削过程中磨粒将被建模

7、为一个锥，使磨粒和工件之间的接hwb=害qw='n(kp4cpV)w]1／(6)触面积是一个圆。剪切面的投影将被假定为一个形传递到冷却液的热主要来自工件表面。磨削液状是在一个半椭圆和一个半圈之问，其示意图如图在磨削中被假定为是液体，磨削液在磨削区的移4所示。动速度被假定为近似砂轮表面的速度()。因剪切面此，磨削液的局部对流换热系数可以近似表示为hf==[1／2(7)＼1．2工件和切屑界面的能量一roc0s磨削中成屑能qh传递到切屑q，工件和砂轮q。表示为图4剪切面上的投影面积示意图qsh=qc+qws(8)对于界面温度h(和在图2中切屑与工件接因此，

8、剪切面的面积由每个有效的磨粒产生，即触的点的温度。，传递到切屑的能量方程可以h=T~ro／sh(16)表示为