船用柴油机关键零件深孔加工机理及切削参数优化技术研究

发布时间：2020-07-07 08:20

【摘要】：近年来，随着加工制造技术的不断发展，深孔加工技术的应用领域已越来越广泛。在深孔加工过程中，由于加工环境的特殊性，加工刀具和工件都处于封闭或半封闭状态，因而产生的切削热量要远大于普通的车削加工。目前，由于无法直接研究深孔加工过程中的加工机理和切削区域的温度分布与散热问题，导致加工过程中切削参数过于保守，从而严重影响了加工的效率。本文以企业基础技术攻关项目“船用大功率中速柴油机机身、缸盖加工关键技术研究”为背景，在对国内外深孔加工技术研究现状进行分析和总结的基础上，对船用柴油机机身深孔加工机理及切削参数优化进行了研究，主要研究内容如下：（1）对机身深孔加工过程中切削热的产生进行了理论分析，建立了深孔钻削热模型，对切削热进行了分析与计算，推导出刀具温度场的分布情况，总结分析了切削热的主要影响因素，为下一步的有限元分析提供了理论依据。（2）为了进一步研究机身深孔加工过程中热量的产生与分布问题，建立了深孔钻削的三维模型，对仿真过程中的模型简化、网格优化以及参数设置等影响仿真效率和结果质量的问题进行了探讨。利用正交试验设计了16组仿真试验，采用金属塑性成形仿真软件Deform-3D动态模拟了某型号船用柴油机机身深孔钻削的加工过程，获得了深孔加工过程中的钻削温度，分析比较了不同切削参数对钻削温度的影响情况。（3）针对深孔加工过程中散热难的问题，采用计算流体力学（CFD）数值仿真分析软件Fluent对枪钻冷却系统进行了数值模拟仿真，首先对单相冷却液流的流动状况进行了模拟仿真，获得流道中流场的物理特性（压力、速度、湍动能等），为切屑颗粒在冷却液流场中的运动规律提供依据，同时，也分析和模拟了切屑颗粒和冷却液两相流场的流动情况，获取了稳态流场下切屑颗粒的运动轨迹和运动规律，分析了切削液的入口压力和切屑的等效直径两个因素对冷却系统的散热效果的影响。（4）基于以上理论研究，针对目前加工效率低的问题，本文根据船用柴油机机身深孔加工的特点，提出了基于粒子群算法的船用柴油机机身深孔加工切削参数优化算法，结合加工工艺系统各项性能参数的要求对优化问题中的约束条件进行了定义，并利用MatLab软件实现了机身深孔切削参数的优化。最后，通过现场加工试验，验证了本文理论与方法的可行性。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.121
【图文】：

柴油机,船用柴油机

学优化方法和切削加工试验方法节省了大量的时间和成本加工对象如深孔加工来说，智能优化算法仍然需要进一步决具体的优化问题。述及主要研究内容身是船用柴油机最主要的基础件之一，其加工质量与效率性能乃至柴油机的整个生命周期都有很大的影响，而机身过程中的重点和难点。船用柴油机机身内部的主油道孔，提供润滑和冷却作用。由于船用柴油机机身的孔系结构十和油孔，因此一旦主油道孔的加工位置有偏差而与水孔相而使润滑及冷却的效果大大降低，严重时还可能损坏整个，导致安全事故的发生。陕柴 408 厂的 MAN16-24 柴油大长径比孔，如图 1.1 和图 1.2 所示，其主油道孔直径长径比例达到了 27，并且深孔加工的质量要求高。

深孔加工,机身,工人,复杂性

图 1.2 柴油机主油道孔Fig.1.2 The main oil passage of diesel engine的复杂性，而且在深孔加工过程中工人工产品的质量和生产效率因人而异，对效率低下、产品合格率低，造成了资源究，保证加工工艺水平，提高加工效率要的。外深孔加工关键技术以及切削参数优4 系列船用柴油机机身深孔加工生产过要对船用柴油机机身深孔加工机理及切下：外深孔加工的研究现状，对机身深孔加了深孔钻削热模型，对切削热进行了分结分析了切削热的主要影响因素，为下

切削热,刀具,刀面

情况，在技术上仍存在很多的限制。工刀具切削力的作用下，由于弹塑性形变消耗做生的最主要的源头。除此之外，加工工件与刀具的前刀面间的摩擦做功也会生成许多的热量。所要有三个产生热量的部位：刀具的剪切面、刀具刀面和工件新表面的摩擦部位。综上所述，切削及刀具的前后刀面的摩擦作用所耗功而产生的热

【参考文献】