液体介质在立式离心式滚磨光整加工中的模拟分析与实验验证

摘要

在立式离心式滚磨光整加工过程中，滚筒中除了加入滚抛磨块还需要液体介质的加入，液体介质主要是水和少量的化学剂。它的加入对工件耐腐蚀性、粗糙度、光亮度、寿命等有着直接的影响，这主要因为液体介质在加工中能起到防腐缓蚀、表面活性、冷却、润滑、光亮等作用，因此对液体介质的研究可以促进滚磨光整加工的效率提高、降低加工成本，改善表面质量，这对滚磨光整加工的推广具有重要的意义。
　　本研究主要内容包括：⑴通过仿真固体介质流场与固液耦合流场，分析流场压力、速度、湍流的异同，并实验验证固体介质流场与固液耦合流场优劣处。结果表明：固液耦合流场速度及压力小于固体介质流场，并且通过实验验证了固体介质流场的材料去除率、表面粗糙度优于固液耦合流场，但固体介质流场滚抛磨块磨损量过大，工件表面出现发黑现象，所以不易采用。⑵立式离心式设备行星传动比会直接改变流场的分布，探究适合固液耦合流场的最佳传动比。结果表明：传动比越大，流场的压力、速度越大，但考虑到经济型和可行性，一般来说选取的传动比为-1。⑶立式和卧式的运动方式的差异必然造成固液耦合流场的不同，通过仿真的方式，探究立式和卧式差别。仿真结果表明：在同等参数下，卧式离心式设备的流场整体压力小于立式，立式相对运动更为频繁，所以立式离心式设备相比卧式离心式设备更有利于滚磨光整效率的提高。⑷滚筒的形状不同，同样会造成固液耦合流场的变化。研究圆形及多边形滚筒下流场的状态，分析最佳流场边数，对进一步提高加工效率具有重要意义。结果表明：边数越多，流场运动形式越复杂，越有利于滚磨光整加工，但不能超过一定的值。⑸探究液体介质的物理性质对滚磨光整加工的影响。结果表明：液体介质的含量高于滚抛磨块10mm、15mm、20mm时,加工的效果与刚好淹没滚抛磨块相差无几，所以过多的液体介质对加工效果没有明显的影响。此外不同浓度表面活性剂SDBS、AES、CDEA（1:1）的加入，降低了液体介质粘度及密度，但粘度和密度改变量过小，对固液耦合流场基本没有影响。⑹探究适合滚磨光整加工的液体介质中表面活性剂的浓度范围并分析作用机理。实验结果表明：4％浓度SDBS满足滚磨光整加工表面粗糙度、光亮级别及材料去除率的要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 表面光整加工技术的概述

1.3滚磨光整加工发展现状及液体介质应用领域概述

1.4 滚磨光整加工中液体介质的简述

1.5 本文的研究意义和研究内容

1.6 本章小结

第二章 立式离心式滚磨光整加工中液体介质对流场的影响

2.1 计算流体力学

2.2 动量方程

2.3 模型假设及计算步骤

2.4 立式离心式滚抛磨块受力分析

2.5 Fluent软件介绍

2.6 两相流模型及求解算法选择

2.7 模型的建立及参数选择

2.8 固液耦合流场与固体介质流场对比分析及实验验证

2.9 不同传动比流场仿真结果与分析

2.10 卧式与立式仿真对比

2.11 多边形滚筒与圆形滚筒流场对比分析

2.12本章小结

第三章 立式离心式滚磨光整加工中液体介质物理作用分析

3.1 液体介质（纯水）含量对加工效果的影响

3.2 液体介质密度与粘度的测试

3.3结果与讨论

3.4 粘度及密度改变对流场的影响

3.5 本章小结

第四章 立式离心式滚磨光整加工液体介质化学作用分析

4.1 滚磨光整加工液体介质选择的参考因素

4.2 实验方案

4.3 实验结果与分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的研究成果