基于轴向旋转热管砂轮的钛合金成型磨削试验研究

针对钛合金等难加工材料成型磨削时存在的磨削弧区温度高、型面温度分布不均的问题,设计制作了轴向旋转热管成型砂轮。通过开展轴向旋转热管砂轮的钛合金成型磨削试验,探究了热流密度、充液率及砂轮转速各因素下热管砂轮对磨削弧区温度的控制效果,从而得到最佳磨削参数及热管砂轮最佳充液率,并在此条件下进一步开展磨削试验。对磨削后的工件表面质量进行了分析,发现轴向旋转热管砂轮能明显降低弧区温度,减小型面温差,并避免工件烧伤现象,这表明其在强化弧区换热、控制磨削温度上具有较大优势。

纳米流体热管砂轮成型磨削钛合金换热性能评价

制约难加工材料成型磨削的主要问题是磨削烧伤。将轴向旋转热管技术(Axial rotating heat pipe,ARHP)与纳米流体技术相结合用于强化磨削弧区的换热效果,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟方法研究纳米流体轴向旋转热管砂轮(Axial rotating heat pipe grinding wheel,ARHP-GW)的换热性能。从磨削热流密度、砂轮转速和砂轮种类(普通砂轮、工质为去离子水的轴向旋转热管砂轮、工质为金刚石纳米流体的轴向旋转热管砂轮)等三个角度对砂轮磨削钛合金的传热性能进行评估。采用数值仿真方法对轴向旋转热管砂轮磨削TC4钛合金过程进行数值模拟,探究了三种砂轮在不同热流密度和转速下磨削弧区的换热性能。结果表明,轴向旋转热管砂轮加工时砂轮-工件接触弧区的温度显著降低,轴向旋转热管砂轮的传热性能要远优于普通砂轮;填充金刚石纳米流体的轴向旋转热管砂轮传热性能要高于去离子水作为工质的轴向旋转热管砂轮,即使在1×108 W/m2的高热流密度的条件下仍然能够保持这一特性。最后,开展了TC4钛合金成型磨削试验验证了纳米流体热管砂轮在1800 r/min的高转速条件下的换热效果。

成型面干磨削用旋转热管砂轮换热性能研究

制约难加工材料成型磨削的主要问题是磨削烧伤。现有的冷却技术大多基于冷却液进行冷却,而鲜有学者从砂轮基体本身的换热潜能出发来解决磨削热的疏导问题。提出借鉴高效传热性能热管技术实现磨削弧区强化换热的构想,针对典型盘类零件型面特征,制作了轴向旋转热管砂轮,通过监测热管内部的温度分布,分析了不同转速、充液率以及热流密度条件下轴向旋转热管砂轮的等效换热系数。通过对比有、无热管两种砂轮在干磨削钛合金TC4成型面时热管内部温度、磨削弧区温度、工件表面质量及工件表层金相组织等,证实了热管在强化成型磨削过程换热的优势。最终,对比了在使用热管和冷却液两种冷却方式下,所产生的能源消耗和CO_(2)排放量,证实了旋转热管技术在难加工材料绿色制造中的发展潜力。