相变材料对磨具磨削层热性能影响的理论与数值分析
王纯贤1，郑梦龙1，吴喆1*，章凯羽1，刘志峰1,2，朱衍飞1
（1.合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥 230009；2.合肥工业大学 智能制造技术研究院，安徽 合肥 230088）
摘要：磨具的磨削层结合剂中的相变材料可以改变磨削层的热性能，进而影响磨削层与工件间的热量分配。通过建立相变材料相变过程的两相复合材料等效比热容理论模型，以及石蜡/环氧树脂复合材料与蓝宝石工件的传热数值模型，分析相变材料体积分数对磨削层热性能以及磨削层与工件热量分配的影响。结果显示：复合材料等效比热容理论值与仿真值误差小于2%，验证了该理论模型的有效性。随着相变材料体积分数的增加，磨削层的等效比热容逐渐增大，工件分配的热量逐渐减少。与磨削层强度分析结合，确定相变材料体积分数的最优值为26%。
关键词：相变材料；化学机械磨削；比热容；热量分配
中图分类号：TN305.2 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2019.05.001
文章编号：1006－0316 (2019) 05－0001－07
Theoretical and Numerical Analysis of Influence of Phase Change Materials on Thermal Properties of Grinding Layer in Abrasive Tool Surface
WANG Chunxian1，ZHENG Menglong1，WU Zhe1，ZHANG Kaiyu1，LIU Zhifeng1,2，ZHU Yanfei1
( 1.College of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 320009, China;2.Intelligent Manufacturing Institute, Hefei University of Technology, Hefei 320088, China )
Abstract：The phase change material (PCM) in the grinding layer binder of the grinding tool can change the thermal properties of the grinding layer, and then affect the heat distribution between the grinding layer and the workpiece. In this paper, we establish a theoretical model of equivalent specific heat capacity of two-phase composite material considering the phase change process of PCM, and a numerical model of heat transfer between paraffin/epoxy resin composite material and sapphire workpiece. Then we analyze the influence of the volume fraction of the PCM on the thermal characteristics of grinding layer and heat partition of grinding layer and workpiece. The results show that the error between theoretical value and simulation value of composite equivalent specific heat capacity is less than 2%, which verifies the validity of the theoretical model. As the volume fraction of the PCM increases, the equivalent specific heat capacity of the grinding layer increases and the heat transferred to workpiece decreases. Combining with the strength analysis of grinding layer, the optimum volume fraction of PCM is 26%.
Key words：phase change materials；chemo-mechanical grinding；specific heat；heat partition
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收稿日期：2018－12－06
基金项目：国家自然科学基金（51605129）；安徽省自然科学基金（1708085ME109）；中国博士后科学基金（2015M581977）
作者简介：王纯贤（1962－），男，内蒙古赤峰人，博士，副教授，主要研究方向为CIMS、自动化加工、数字化设计与制造技术；郑梦龙（1992－），男，安徽阜阳人，硕士研究生，主要研究方向为半导体材料精密加工技术。*通讯作者：吴喆（1983－），男，安徽宣城人，博士，副教授，主要研究方向为半导体材料精密加工技术、硬脆材料的超精密加工技术与装备、硬脆难加工材料绿色高效抛光技术。
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