霧化冷卻切削效果的實(shí)驗(yàn)及仿真研究.pdf

1、高溫合金GH4169在航空、航天、能源、化工等工業(yè)部門(mén)獲得了廣泛的應(yīng)用，但它的切削加工性能差，日益廣泛的應(yīng)用與切削加工性能差的矛盾越來(lái)越突出，迫切需要解決這一技術(shù)難題。傳統(tǒng)方法加工這些材料時(shí)常使用添加硫、氯、磷元素的極壓切削液，但會(huì)污染環(huán)境，危害工人的健康，因此迫切需要尋求一種具有綠色功能且冷卻潤(rùn)滑性能好的切削冷卻方法。低溫氣體霧化射流冷卻集低溫氣、液兩相射流與充分汽化的強(qiáng)化換熱優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮冷卻介質(zhì)的換熱潛力以獲得最佳的強(qiáng)化換熱冷卻效

2、果，因此該方法是一種綠色的、無(wú)污染的、高效的切削冷卻方法。 探討了低溫氣體霧化射流冷卻高溫表面的換熱機(jī)理，以池內(nèi)膜態(tài)沸騰為基礎(chǔ)，將低溫氣液兩相流的霧滴顆粒的沖擊作為一種擾動(dòng)，對(duì)噴霧冷卻過(guò)程進(jìn)行了建模，討論了低溫氣液兩相流對(duì)高溫表面的傳熱系數(shù)，著重分析了水流密度對(duì)噴霧冷卻換熱系數(shù)的影響。當(dāng)水流密度小于試件高溫表面所能汽化的水流量時(shí)，噴霧冷卻換熱系數(shù)隨水流量的增加而增加；當(dāng)水流密度大于試件高溫表面所能汽化的水流量時(shí)，噴霧冷卻換熱系數(shù)

3、隨水流量的增加而減少。 對(duì)霧化射流冷卻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新性改進(jìn)，改進(jìn)后的系統(tǒng)包括低溫氣體霧化射流發(fā)生系統(tǒng)、試件加熱系統(tǒng)和試件表面溫度采集系統(tǒng)。在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)進(jìn)行了低溫氣體霧化射流冷卻方式對(duì)鎳基高溫合金（GH4169）試件表面溫度的冷卻效果實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得出了最佳冷卻方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 應(yīng)用商業(yè)有限元軟件Deform-2D，進(jìn)行了GH4169鎳基高溫合金正交切削的有限元模擬，重點(diǎn)考察了

4、換熱系數(shù)的改變對(duì)材料切削性能的影響。仿真結(jié)果表明：本研究采用的低溫冷風(fēng)射流霧化冷卻方式相對(duì)于其它冷卻方式有明顯的優(yōu)越性，且換熱系數(shù)越大，對(duì)切削區(qū)降溫效果越明顯。本文還進(jìn)行了不同材料在其它切削參數(shù)不變的情況下，僅僅改變換熱系數(shù)進(jìn)行仿真切削的單因素研究。 仿真結(jié)果表明：在不同的試件端面溫度下，有其相應(yīng)的最佳冷卻方式，且隨著材料切削性能的降低，換熱系數(shù)的變化對(duì)切削區(qū)刀具平均溫度的影響增大；材料相對(duì)加工性 值越小，換熱系數(shù)越大，對(duì)切削區(qū)