CMQL切削机理及加工表面残余应力调控研究

发布时间：2020-06-07 17:28

【摘要】：加工表面残余应力是机械零件加工表面质量的一个重要指标。残余应力对零件的静力强度、疲劳强度、抗腐蚀性能以及零件尺寸的稳定性产生严重影响,最终影响零件的工作寿命。随着绿色制造技术的迅速发展,利用绿色冷却润滑技术获得较好的加工表面质量,实现对零件加工表面残余应力的控制和预测已成为绿色制造领域的重要研究课题,其研究成果对提升装备质量和可靠性具有重要意义。低温微量润滑(Cryogenic Minimum Quantity Lubrication,缩写CMQL)是一种低温技术和微量润滑(Minimum Quantity Lubrication,缩写MQL)相结合的绿色冷却润滑技术。CMQL切削时,由于其低温介质可以对被加工材料表面实施快速强制冷却,一方面可以降低工件切削区域的温度,使工件材料脆性增加,减少切削时的塑性变形;另一方面会在材料表层形成一个以冷缩为主要特征的预应力场,与切削过程中力和热所形成的应力场实现非线性叠加,抑制残余拉应力的产生,或导致残余压应力的产生。这也正是CMQL切削控制加工表面残余应力的优势所在。全文基于残余应力形成的热力耦合理论,以CMQL切削残余应力为研究对象,从分析CMQL的冷却润滑作用机理出发,通过实验,研究CMQL切削过程中的切削力和切削温度以及加工表面质量(表面粗糙度、表面形貌和微结构及微硬度和表面残余应力)的特征变化,探究CMQL切削机理;通过CMQL工艺参数(介质温度、喷射方式)、切削参数(切削速度、进给量、切削深度)和刀尖钝圆半径对切削残余应力的影响实验,探究CMQL切削残余应力特性及分布规律,建立CMQL切削表面残余应力的预测模型;对CMQL切削残余应力进行有限元建模,模拟分析了CMQL切削残余应力的影响规律;创新性提出切削加工表面残余应力的拉-压应力转换临界温度概念,理论推导出临界温度的计算公式。提出了CMQL切削残余应力复合调控方法,采用调节CMQL介质温度和改变刀尖钝圆半径相结合的复合工艺,实现CMQL切削加工表面残余应力调控的目的。为提高工件疲劳强度的研究拓展了一条新的思路。
【图文】：

MQL系统

低温技术与微量润滑技术（MQL）的合成。由于工作温度物油类作为润滑介质。CMQL 在切削加工中所起的作用主极微量的润滑油液以气液两相混合物（气雾）形式渗入切以及刀具与工件之间表面迅速形成边界润滑膜，润滑膜具度上隔阻了刀具前刀面与切屑之间以及后刀面与和工件表润滑作用，减少了因摩擦产生的摩擦热；另一方面，低温表面之间形成了较高的温度差，促进了切削区的高温刀具的热量交换。同时，高压高速的气流较易进入高温高压的热量，扩大了单位时间内的换热面积，加速了切削热的排切削区起到了直接冷却的作用。另外，由于 CMQL 的低温，加速了切屑的断裂，，起到快速排屑作用。如图 2-1 所示
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG501.1

【参考文献】

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本文编号：2701755