CMQL油-氣流場分析及內(nèi)冷式刀具切削性能評價.pdf

1、制造業(yè)的迅猛發(fā)展給人類帶來了豐富的物質(zhì)世界，人們在享受技術(shù)進步成果的同時，卻又被迫面對日益緊迫的資源枯竭和環(huán)境問題。在金屬加工領(lǐng)域，切削液的過量使用造成了大量能源消耗和環(huán)境污染，為降低生產(chǎn)成本并減少對機床操作人員健康的威脅，一種將高壓氣體和少量霧化切削油混合的綠色切削介質(zhì)代替了傳統(tǒng)切削液，這就是MQL（Minimum Quantity Lubrication，微量潤滑切削）。CMQL（Cryogenic Minimum Quantity

2、 Lubrication，低溫微量潤滑切削技術(shù)）將冷風切削和微量潤滑切削的優(yōu)點結(jié)合起來，可以有效提高刀具的切削性能，正受到越來越多的關(guān)注。
　　CMQL切削過程中，油-氣出口與切削加工區(qū)的相對位置、切削介質(zhì)參數(shù)等因素都會對冷卻、潤滑效果產(chǎn)生影響。內(nèi)冷刀具具有將切削介質(zhì)直接輸送至切削區(qū)的特點，將CMQL切削技術(shù)和內(nèi)冷刀具相結(jié)合可進一步增強冷卻、潤滑作用。因此有必要針對低溫霧化流場中，油-氣混合物流場參數(shù)的分布規(guī)律以及內(nèi)冷式刀具的切削

3、性能展開研究。
　　首先，利用單晶硅片收集流場中距噴嘴不同距離處的油滴，分析了平面上潤滑油膜的形成過程。研究了不同噴霧距離和氣體流量對油滴覆蓋率的影響，并分析了不同氣體流量下油-氣混合流場中的油滴尺寸分布。然后從經(jīng)驗公式的角度研究了油滴與平板碰撞過程中的形態(tài)變化規(guī)律。實驗結(jié)果表明，較短的噴霧距離可獲得較高的覆蓋率，較多的氣體流量可獲得較小的油滴直徑。具有大直徑和高速度的油滴碰撞平板時易于發(fā)生破裂，分裂成體積更小的油滴。
　　

4、其次，利用計算流體力學軟件Fluent對流場特性展開研究，模擬了噴嘴下游低溫油-氣混合介質(zhì)中油滴的分布情況，分析了油滴尺寸、溫度、速度的變化規(guī)律，并利用之前油滴采集實驗結(jié)果對仿真模型進行驗證。通過正交試驗優(yōu)化流場參數(shù)，得出了最優(yōu)霧化參數(shù)組合。研究發(fā)現(xiàn)，降低空氣溫度，增大氣體流量并增加切削油的使用量可以獲得溫度低、運動速度快、尺寸較小且分布均勻的油滴。
　　最后，設計了銑削實驗對內(nèi)冷刀具的切削性能進行研究。建立了以低溫空氣為油滴輸運

5、介質(zhì)的冷卻、潤滑系統(tǒng)。在CMQL切削條件下，對比三種具有不同內(nèi)冷孔結(jié)構(gòu)的銑刀側(cè)銑H13鋼時的切屑形貌、切削力大小和刀具磨損量，對刀具的切削性能展開評估;分析了切削力隨刀具磨損的變化規(guī)律，并討論了冷卻通道結(jié)構(gòu)對油滴運動狀態(tài)的影響以及冷卻孔出口位置對切削刃磨損的影響。得出了雙直內(nèi)冷孔銑刀具有最佳切削性能的結(jié)論。
　　低溫微量潤滑切削對改善加工環(huán)境，提高加工質(zhì)量和控制生產(chǎn)成本具有重要意義。對其流場特性、冷卻、潤滑機理以及切削性能展開研究