高速内冷湿式铣孔加工切削区固液混合流体场研究

发布时间：2020-06-27 21:53

【摘要】：当前,高速内冷却湿式加工已成为现代数控加工技术的重点发展方向[1]。高速内冷湿式的铣孔加工过程中,切削区存在非常复杂的固液混合流体场,我们需要对其更加深入的分析研究。切削液对铣刀和工件的不断冲刷以及切削液中含有的第二相固体颗粒对刀具产生冲击作用,可能导致刀具表面出现凹坑,产生破坏,从而使得刀具发生磨损[2]。刀具磨损使得切削力加大,切削温度升高,导致工件表面粗糙度升高,精度降低,会使工件的表面质量受到一定的影响。当前国内外对于硬质合金立铣刀周围流场的研究比较单一,未能将切削液、切屑颗粒、刀具旋转共同考虑在内。因此本文对高速内冷湿式铣孔加工过程为研究对象,建立铣孔加工区混合流体场模型,探讨转速,流体入口速度,切屑颗粒线速度对刀具的影响。首先,建立立铣刀几何模型,基于刀具实际铣孔加工时周围流体场情况,建立铣孔加工切削区混合流体场模型,使用Ansys mesh软件对流体场模型进行网格划分,加入DPM离散相模型来对切屑空间运动轨迹进行仿真。其次使用仿真软件Fluent对固液混合流体场进行仿真计算,由于固液二相流是耦合的,我们采用湍流模型和dpm离散相模型进行仿真得到混合流体场模型径向截面压强云图、速度矢量图和切屑粒子压强图。通过混合流体场云图,可以得知在铣孔时刀具所承受的压强差和速度差随转速增加而增加,压强最高点产生在前刀面刀尖处,前刀面压强大于后刀面压强,后刀面会产生负压,切屑颗粒在运动过程中与刀具表面和工件表面进行多次碰撞。再次,讨论转速、切削液的入口速度和切屑颗粒的线速度对混合流体场的影响,分别设计单因素仿真实验,建立不同流体场模型,所得仿真结论如下:(1)10000r/min~50000r/min时后刀面的负压随转速增加而增加。(2)10000r/min~30000r/min时负压区慢慢从刀具后刀面靠向孔壁,最大速度在底刃和侧刃。而转速大于35000r/min时负压区又慢慢靠向刀具后刀面。最大速度出现在正在参与切削的那个刃容屑槽处。(3)流体入口速度越大后刀面产生负压范围越大。(4)切屑颗粒线速度对最大负压区相对于刀具的位置有重要影响。通过对切削区固液混合流场进行建模,使用湍流模型为流体相,DPM离散相模型来加入固体相,以及高速螺旋内冷却铣孔实验研究,得到了刀具铣孔加工切削区混合流场的规律。
【学位授予单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54
【图文】：

技术路线图

设置合适的边界条件以便在 Fluent 软件进行仿真计算分析。2.1 整体式合金立铣刀建模根据课题需要，本文采用如图2-1所示的直径16mm的双螺旋内冷孔平底立铣刀。（a）立铣刀整体结构 （b）立铣刀端部图 2-1 实验所用的立铣刀本文采用 pro/e 绘图软件创建立铣刀三维模型，如图 2-2 所示。（a）立铣刀模型 （ b）立铣刀模型端部图 2-2 硬质合金立铣刀的模型与平面加工相比，在铣孔或铣槽类零件时，冷却液流体场会成为封闭流体场，本文建立流体场模型平底立铣刀螺旋铣孔流场模型，为直径 16mm 立铣刀加工直径20mm 深度 20mm 的孔。立铣刀几何参数如表 2-1 所示。

【参考文献】

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本文编号：2732147