轴承研磨机加工流场的参数优化及实验分析

1、2015年9月第 43 卷第 17 期DOI机床与液压 MACHINET00L 3 HYDRAULICS Sep. 2015Vol. 43 No. 17： 10.3969/j. issn. 1001-3881. 2015. 17. 010轴承研磨机加工流场的参数优化及实验分析廖少棚2，梁忠伟2，刘晓初2，周俊辉2，谢碧洪1!2(1.广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006$2.广州市金属材料强化研磨高性能加工重点实验室，广东广州510006)摘要：为了探索研磨机研磨流场的较优加工参数，应用FLUENT对不同压力人口以及同-压力人口下不同人口磨料流 气相百分比的加工流场进行了数值模拟，对

2、参数优化后的研磨机进行实验研究。模拟结果表明：当人口压力在0.30.8 MPi时，流场存在较优工作压力，速度下降值较小，有利于磨削加工；当人口压力超过0.8 MPi时，随着人口压力的增 加，速度下降值也会增大，动能损失变大，所以在加工时，尽量保持人口压力小于0.8 MPi,提高研磨机效率；相同人口 压力下，磨料流气相百分比的增加，也会导致流场速度突变的状况，降低磨料流气相的百分比可以提高研磨机效率。实验 结果表明：优化加工参数后能获得较好的工件金属表面效果。关键词：研磨机；数值模拟；参数优化；流场中图分类号：TH161+. 14 文献标志码：A 文章编号：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。强倾磨技术还具有耗能少、成本低、效益好等优点。其加工参数对研磨机的加工精度和加工工件硬度都有着重要影响10-2。因此深人探索研磨机的较优工作参数，提高加工效率、研磨精度，对研麵内流场进行研究是非常必要的。为本文作者以寻找强化研磨机流场的较优加工参数 _，对磨料流流场进行了数鎌拟，对不同压力 金属表面加工方法的研究-直是各国机械加工行 业的重点，工件表面的粗糙度对工件抗腐蚀性、耐磨 性甚至机械的整体稳定性都存在重要意义。金属表面 加工方法有表面热处理、冷加工)2*以及表面镀 膜3等。相比上述加工方法，强化研磨4

9、是一种利用 复合加工方法的使金属材料拥有抗疲劳、抗腐蚀以及 抗磨损特性的精密加工技术，集塑性加工和研磨切削一体化的强化研磨加工方法，Zhongwei Liang等”人口、不同磨料气相比值情况下的流场分布进行了研收稿日期！ 2014-06-19基金项目：国家自然科学基金项目（51205073);国家星火计划项目（2013GA780063);广东省水利科技创新项目（2012-11);广东省高等学校科技创新项目（2013KJCX0142);广州市科技计划项目（2012J4100053);浙江大学流体动力及机电系统国家重点实验室开放基金项目（GZKF-201201);西南交通大学牵引动力国家重点实验室

10、开放基金项目（TPL1311)作者简介：廖少棚（溯一），男，硕士研究生，研究方向为多相流体分析研究和起重设备安全。E-mail： 28182507。40 机床与液压第43卷究，得到有关于流场加工参数优化的数值模拟图形与 试验数据。研磨流场的研究有助于加工参数的改进以 及装置的优化。1研磨机结构参数与模型选择合理的喷嘴结构能使磨料获得高速度，提高加工 效率、降低成本，是超高速研磨喷射结构的重要装 置，锥型喷嘴结构带有导流作用的锥状进口和起集束作用的平直段，磨料进入喷嘴相对容易，且磨料在喷 嘴截面上的分布与圆柱形喷嘴相比更均匀，很适合用 于超高速强化研磨的高压条件。图1 (a)为现场锥 型喷嘴结构

11、图，喷嘴主要参数有喷嘴入口直径K、喷 口直径F，喷口的锥长2，图1 (b)为研磨机实物 图，图1 (c)为研磨机主要参数图，表及研磨机的主要几何参数。1是喷嘴以1 一工作腔挡板2 3 5 6 7 8喷嘴工作腔体 连接管磨料填充装置废料出口磨料出口4一下料装置(b)研磨机实物图 （c)研磨机主要参数图图1喷嘴和研磨机结构图表1喷嘴和研磨机主要几何参数入口直径(K)喷嘴喷口直径(F)锥长(2)长度工作腔宽度高度301432640210+0_P*_MM+Ok (1)长度下料装置宽度高度进口出口直径磨料填中径充装置高度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动能产生；0550是由于福利引起的揣流动能产生；Mm是可压缩揣流 脉动膨胀对所有的耗散率的影响；'*、'2*、'3*是经 验常数，FLUENT 默认值为._ 1.0、.*_ 1.3; Pr7 是湍流动能普朗特系数，一般默认为0.85; c为重 力加速度在方向的分量；是膨胀系数；G动能马赫值；+为声速度。2控制方程以及边界条件根据流体力学流体质量守恒定律可得在2段 (图1)，由于喷嘴直径小，经过喷嘴的流体流速很大 而

13、且内外压差很大，所以流经2段（图1)的时间很 短，在流体力学理论上对流体压缩作用近似为0,而 且流场区域为大气区域未经过压缩的流体进入工作室 内，在此不计重力，在液固两相流中没有质量和热量 交换，满足以下控制方程15。连续方程！-* -? _+ = 0 -> -R质量守恒方程：+-q) 17 + (?q) =0把研磨机模型导入ICEM C进行网格生成，划分采用非结构四面体网格。计算域为工作腔、下料装 置、连接管和磨料填充腔四个耦合体。研磨机网格模型节点总数为219 392个。以高速湍流的研磨流场为基础，湍流对所研究的 流场影响显著，-*标准湍流模型13的湍动能的运 输方程是通过精确方程推导得到的，并且强化研磨流 场的磨料高速性以及加工腔的空间较小，所以流体分 子之间的黏性可以被忽略14-5，因此- *标准湍流 模型是