论文部分内容阅读
绿色可持续发展是当今制造业的主流趋势,为解决传统制造业成本高、资源浪费、环境污染等问题,《中国制造2025》对制造业提出清洁生产可持续制造的要求,十三五规划与山东省新旧动能转换均提出技术革新,绿色低碳的理念。磨削加工是机械加工中不可或缺的加工方式,微量润滑磨削加工是一种节能环保的绿色磨削加工方式,但高压气流下的液体射流破碎机制复杂,无法实现对雾滴分布状态的主动控制。根据上述问题论文开展了植物油基静电雾化微量润滑磨削加工雾化机理与润滑性能实验研究,建立了针-板电极静电场分布及电晕放电模型及微量润滑磨削工况下多物理场耦合雾化动力学模型,对电晕放电机制、液体荷电机制、静电雾化特性做了系统研究与分析。最后以雾化锥角、雾滴荷电量、雾滴粒径分布为雾化性能评价参数,以加工工件表面粗糙度与表面形貌为润滑性能评价参数,对静电雾化微量润滑磨削雾化特性及润滑性能进行了实验研究。具体研究工作如下:(1)建立了荷电液体雾化机理力学模型,研究了液体荷电的三种不同方式,对针-板电晕放电的起晕条件作了量化分析,并分析了液滴在电晕放电条件下的荷电量,得出荷电液滴破碎的临界韦伯数与临界荷电量建立了荷电雾滴在流场与电场中的动力学模型。(2)建立了针-板电极静电场分布及电晕放电模型,分析得到不同电压下电势、电场强度的分布规律,并针对针极附近高场强区做了详细分析;研究了电晕放电带电粒子产生、运动、消散分布规律,进一步研究了电晕放电引起的离子风现象,得到空气流场分布及电流体分布。(3)建立了静电雾化微量润滑磨削工况下多物理场耦合雾化动力学模型,分析了液体荷电与破裂机制,得到了液滴形成速度与电荷密度的变化规律;建立了磨削区砂轮与喷嘴耦合气流场模型,依据仿真结果确定喷嘴位置;建立磨削工况下静电喷雾离散模型,分析不同电压下雾化锥角、雾滴平均粒径变化规律,建立了雾滴粒径累计分布与基于雾滴数的概率密度函数。(4)研究了不同电压对静电雾化特性的影响,实验分析了雾化锥角、荷质比、雾滴粒径分布规律并与仿真结果对比,分析实验与仿真出现的误差原因以及电压对润滑液雾化性能的影响。(6)使用植物油基合成酯对镍基合金进行了干式、浇注式、微量润滑、静电雾化微量润滑电压-20~-40kV 8种润滑工况下的磨削实验,通过对加工工件表面粗糙度Ra、RSm值以及工件表面形貌的综合分析,研究了静电雾化微量润滑磨削加工的润滑性能,分析得到最优的电场参数。