Численное моделирование и экспериментальное исследование средней контактной температуры при плоском шлифовании

Обзор математических моделей и зависимостей для расчета контактных температур. Распределение тепловых потоков между заготовкой, стружкой и шлифовальным кругом в зоне шлифования. Определение массового расхода смазочно-охлаждающей жидкости для шлифования.

Рубрика Производство и технологии
Вид лабораторная работа
Язык русский
Дата добавления 23.08.2015
Размер файла 95,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ульяновский государственный технический университет

Кафедра «Технология машиностроения»

ОТЧЕТ

о выполнении лабораторной работы №4

«Численное моделирование и экспериментальное исследование средней контактной температуры при плоском шлифовании»

по дисциплине «Методы моделирования физических и тепловых процессов механической обработки материалов»

Задание:t = 0,01 … 0,03мм и Vsпр= 10 м/мин.

Цель работы. Получение практических навыков численного моделирования и экспериментального исследования средних контактных температур при различных режимах плоского шлифования.

Математические модели и зависимости для расчета контактных температур

В процессе шлифования материал заготовки диспергируется отдельными (единичными) абразивными зернами (АЗ), расположенными стохастически на рабочей поверхности шлифовального круга (ШК). В результате работы единичных АЗ выделяется теплота. Температуры на поверхностях контакта зерен со стружкой и заготовкой называют локальными. Локальные температуры влияют на изнашивание, затупление и засаливание АЗ, а следовательно, на работоспособность ШК, качество поверхностного слоя материала обработанной детали и производительность процесса шлифования. При схематизации процесса теплообмена, с целью расчета локальных температур принимают во внимание источники теплоты от отдельных зерен ШК (дискретные источники тепловыделения).

При расчете средней контактной температуры в зоне шлифования принимают во внимание суммарное тепловыделение от всех зерен круга, контактирующих в данный момент времени с заготовкой. Схематизируя участвующие в теплообмене объекты, ШК рассматривают как сплошное гетерогенное тело с эквивалентными теплофизическими характеристиками, а источник тепловыделения рассматривают как сплошной. Средние контактные температуры учитывают, в частности, при оценке термоустойчивости связки круга и термических деформаций заготовки.

При решении теплофизических задач зону контакта «шлифовальный круг - заготовка» представляют в виде полосового источника теплоты, перемещающегося по поверхности заготовки.

Для расчета средней контактной температуры в зоне шлифования можно воспользоваться зависимостью, предложенной В. И. Пилинским:

,

где q - плотность теплового потока в зоне контакта круг - заготовка, Вт/м2; ?к - длина контакта круга с заготовкой, м; ?з - коэффициент, характеризующий относительное распределение теплоты между контактирующими при шлифовании объектами (кругом, заготовкой и стружкой) и долю теплоты, поступающей в заготовку; с - плотность материала заготовки, кг/м3 ; с - удельная теплоемкость материала заготовки, Дж/(кг·К); а - коэффициент температуропроводности материала заготовки, м2 /с; Vsпр- скорость подачи (заготовки), м/с.

Длина контакта ШК с заготовкой при плоском шлифовании

,

гдеDк - диаметр круга, м; t - глубина шлифования, м.

Согласно исследованиям Д. Г. Евсеева и А. Н. Сальникова, доля теплового потока, поступающего в заготовку

,

гделк, л - коэффициенты теплопроводности ШК и заготовки соответственно, Вт/(м·К); hф - средний радиус площадки контакта единичного АЗ с заготовкой, м.

Коэффициент, характеризующий относительное распределение теплоты (рис.1), зависит от полуширины теплового источника, которую в случае плоского шлифования можноопределить по следующей зависимости:

.

Рис. 1. Распределение тепловых потоков между заготовкой (?з), стружкой (?с) и ШК (?к) при шлифовании

Учитывая, что часть теплового потока из зоны обработки переходит в СОЖ, можно использовать следующую зависимость для расчета плотности теплового потока в зоне контакта:

,

гдеPz- касательная составляющая силы шлифования, Н; Vк - рабочая скорость ШК, м/с; Нз- высота круга (размер обрабатываемой поверхности заготовки), м; ФСОЖ - тепловой поток, переходящий в СОЖ (Вт):

,

гдесж- удельная теплоемкость СОЖ, Дж/(кг·К); x - массовое паросодержание двухфазного потока (СОЖ - пар) на выходе из зоны шлифования; r- удельная теплота парообразования СОЖ, Дж/кг; Тн- температура насыщения СОЖ, К; G- массовый расход СОЖ через зону контакта круга с заготовкой, кг/с. Для гомогенного стационарного потока с равными скоростями фаз x равно массовому расходу пара, деленному на массовый расход обеих фаз паровоздушной смеси (в случае, когда жидкость полностью испаряется в зоне шлифования, x= 1; если испарение отсутствует, x= 0). При подаче СОЖ поливом с учетом фазовых превращений:

,

где сж и сжn - плотность СОЖ и ее паров соответственно, кг/м3; ?n- координата области фазового перехода, м; мж и мжп - динамическая вязкость СОЖ и ее паров соответственно, Па·с; G1 - массовый расход СОЖ через зону контакта при отсутствии фазовых превращений, кг/с:

,

гдеh0 - средняя толщина слоя СОЖ в зоне контакта ШК с заготовкой, м: h0 = 0,125·d0 ; р0 и р01 - давление СОЖ на входе и выходе из контактной зоны, Па; d0 - средневероятный размер АЗ круга, м.

Практическая часть

Исходные данные:

рабочая скорость ШК - 30 м/с; t = 0,01…0,03мм; Vsпр= 10 м/мин;

ШК из электрокорунда белого или нормального зернистости 16 … 40 твердостью СМ1 … СТ1, структуры 6 … 8 на керамической связке; заготовки, имеющие форму прямоугольного параллелепипеда, из конструкционной стали в состоянии поставки;

1) При t = 0,01 мм.

Рассчитываем среднюю толщину слоя СОЖ в зоне контакта ШК с заготовкой

тепловой заготовка шлифовальный смазочный

h0 = 0,125·d0=0,125

Рассчитываем длину контакта ШК с заготовкой

Определяем массовый расход СОЖ G1 при отсутствии фазовых превращений

Рассчитывают расход СОЖ G с учетом фазовых превращений

Определяют тепловой поток, переходящий в СОЖ

,

гдеPz- касательная составляющая силы шлифования, Н; Vк - рабочая скорость ШК, м/с; Нз- высота круга (размер обрабатываемой поверхности заготовки), м; ФСОЖ - тепловой поток, переходящий в СОЖ (Вт):

Где сж- удельная теплоемкость СОЖ, Дж/(кг·К); x - массовое паросодержание двухфазного потока (СОЖ - пар) на выходе из зоны шлифования; r- удельная теплота парообразования СОЖ, Дж/кг; Тн- температура насыщения СОЖ, К; G- массовый расход СОЖ через зону контакта круга с заготовкой, кг/с. Доля теплового потока, поступающего в заготовку:

= .

Средняя контактная температура в зоне шлифования :

2) При t = 0,02 мм.

Рассчитываем длину контакта ШК с заготовкой

Средняя контактная температура в зоне шлифования :

3) При t = 0,03 мм.

Рассчитываем длину контакта ШК с заготовкой

Средняя контактная температура в зоне шлифования :

По результатам построим график зависимости температуры от t.

Рис. 1. График зависимости средней контактной температуры шлифования от глубины шлифования при Vsпр= 10 м/мин

Как видно из графика существует прямая связь между температурой и глубиной шлифования. Чем больше глубина, тем больше температура.

Библиографический список

Евсеев, Д. Г. Физические основы процесса шлифования / Д. Г. Евсеев, А. Н. Сальников. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1978. - 128 с.

Унянин, А. Н. Повышение эффективности совмещенного шлифования путем рационального применения технологических жидкостей: Дис. … канд. техн. наук: 05.02.08 / Ульян. политехн. ин-т. - Ульяновск, 1986. - 229 с.

Худобин, Л. В. Минимизация засаливания шлифовальных кругов / Л. В. Худобин, А. Н. Унянин. - Ульяновск :УлГТУ, 2007. - 298 с.

Марочник сталей и сплавов / А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский [и др.]; под общ. ред. А. С. Зубченко. - 2-е изд., доп. и испр. - М. : Машиностроение, 2003. - 784 с.

Чередниченко, Г. И. Физико-химические и теплофизические свойства смазочных материалов / Г. И. Чередниченко, Г. Б. Фройштетер, М. П. Ступак. - Л. : Химия, 1986. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Особенности процесса резания при шлифовании. Структура и состав используемого инструмента. Форма и спецификация шлифовальных кругов, учет и нормативы их износа. Восстановление режущей способности шлифовального инструмента. Смазочно-охлаждающие жидкости.

    презентация [1,7 M], добавлен 29.09.2013

  • Методы проектирования систем применения смазочно-охлаждающих жидкостей на операциях шлифования. Математическая модель процесса очистки СОЖ от механических примесей в фильтрах и баках-отстойниках. Исследование движения жидкости и механических примесей.

    дипломная работа [439,5 K], добавлен 23.01.2013

  • Способы повышения эффективности процесса шлифования, основные схемы, обзор оборудования и инструментов. Абразивные материалы. Связка шлифовального круга. Смазочно-охлаждающие жидкости. Форма и маркировка шлифовальных кругов. Автоматизация процесса.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 04.11.2014

  • Основные особенности процесса шлифования. Схема работы абразивных зерен. Технические характеристики портальных, мостовых и плоскошлифовальных станков. Разработка конструкции и паспорта камнерезного станка. Технология шлифования различных материалов.

    курсовая работа [4,0 M], добавлен 20.06.2010

  • Расчет кожухотрубчатого теплообменника, средней разницы температур между теплоносителями, объемного и массового расхода теплоносителя, тепловой нагрузки на аппарат, массового и объемного расхода хладагента. Теплофизические свойства теплоносителей.

    контрольная работа [342,0 K], добавлен 08.10.2008

  • Заготовки фасонного монолитного инструмента из твердого сплава. Припаивание пластин из твёрдых сплавов. Процесс шлифования. Смазочно-охлаждающие жидкости. Затачивание и доводка алмазными кругами. Шлифование многогранных неперетачиваемых пластин.

    курсовая работа [8,8 M], добавлен 27.12.2008

  • Теоретические основы гидравлического расчета сифонных сливов и сложных трубопроводов. Определение расхода жидкости через сифонный слив и проверка его работоспособности. Исследование возможности увеличения расхода жидкости путем изменения ее температуры.

    контрольная работа [225,4 K], добавлен 24.03.2015

  • Описание источников образования отработанной смазочно-охлаждающей жидкости. Определение ее состава, степени и класса опасности, воздействия на окружающую среду и человека. Анализ методов утилизации и разработка комплексных мероприятий по обращению.

    курсовая работа [201,7 K], добавлен 24.04.2014

  • Численное исследование силового взаимодействия газовой струи и несжимаемой жидкости через контактную поверхность. Физико-математическое моделирование кислородно-конвертерного процесса. Влияние управляющих параметров (давления и температуры в газопроводе).

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 18.02.2011

  • Виды шлифования. Шлифовальное оборудование. Круглошлифовальные, бесцентрошлифовальные станки. Проектирование сборочного цеха. Конструирование устройства для шлифования колец подшипников. Определение напряженно-деформированного состояния детали "Клин".

    дипломная работа [3,4 M], добавлен 27.10.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.