【摘 要】
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随着现代制造技术的快速发展,磨粒加工作为一种重要加工技术,同样涌现出多种先进的工艺方法,其中端面磨粒加工工艺在精加工扁平零件上得到了广泛的应用。端面磨粒加工分为单端面磨粒加工和双端面磨粒加工两种,由于双端面磨粒加工同时加工零件上、下两个端面,散热条件并不十分理想,加工过程中将会产生大量磨削热,如果不能及时的冷却,往往会造成零件表面烧伤、表面质量下降、砂轮寿命降低。针对这些技术问题,本文开展双端面磨
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随着现代制造技术的快速发展,磨粒加工作为一种重要加工技术,同样涌现出多种先进的工艺方法,其中端面磨粒加工工艺在精加工扁平零件上得到了广泛的应用。端面磨粒加工分为单端面磨粒加工和双端面磨粒加工两种,由于双端面磨粒加工同时加工零件上、下两个端面,散热条件并不十分理想,加工过程中将会产生大量磨削热,如果不能及时的冷却,往往会造成零件表面烧伤、表面质量下降、砂轮寿命降低。针对这些技术问题,本文开展双端面磨削接触区冷却液流场的效能研究,揭示了双端面磨削冷却液流场的分布规律,获取了双端面磨削加工的散热情况并且提升了冷却液利用率,为提高双端面磨削加工的零件表面质量和技术水平提供理论基础。完成的主要研究工作如下:（1）根据冷却液供给的技术特点,基于流体力学基本方程和VOF（气液两相流）模型建立了双端面磨削流场的数学模型,将端面磨削砂轮表面等效处理建立双端面磨削流场的几何模型,为后续双端面磨削流场的速度、压力、冷却液分布等仿真分析提供依据。（2）利用砂轮粒度号和气孔率等效处理双端面磨削接触间隙,在此基础上对无槽砂轮双端面磨削流场进行仿真分析。通过调整冷却液流速、砂轮和零件转速等参数,得出双端面磨削接触区流场的速度、压力、冷却液的分布规律和有效流量及有效流量率的监测统计量。（3）依据双端面磨削砂轮的典型结构,对不同形状的开槽砂轮双端面磨削流场进行仿真分析,通过调整冷却液流速、有无下分水盘、砂轮开槽形状及开槽数量等参数,得出开槽处流场的速度和冷却液的分布规律,并且加入下分水盘冷却效果更好。在此基础上对不同开槽形状和数量的砂轮双端面磨削流场的有效流量和有效流量率进行监测统计,并与无槽砂轮监测量进行对比得知,开槽砂轮效果更好,并且直槽和30°斜槽上砂轮逆时针旋转,下砂轮顺时针旋转时对磨削区冷却效果较好。（4）基于（2）、（3）仿真数据对开直槽和30°斜槽砂轮双端面磨削流场建立以冷却液流速、砂轮转速和开槽数量等参数为优化变量,以有效流量和有效流量率最大为目标函数的多目标优化模型,并通过加权求和法转化成单目标优化模型。分别利用遗传算法和离散数值优化算法对目标函数进行优化,并得出了一致的双端面磨削参数最优解,有效流量和有效流量率均有明显提升。研究表明:磨削供给的冷却液大部分分布在零件侧面,没有有效进入磨削区;零件被加工表面压力和冷却液分布不均匀;对砂轮开槽可以提高有效流量和有效流量率,直槽和30°斜槽冷却效果更好;有效流量与供给冷却液流速、砂轮转速和开槽个数之间存在相关规律。通过优化前后对比分析,多目标优化模型可以为双端面磨削流场参数选择提供理论依据。
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