基于微量润滑的钛合金砂带磨削基础理论及实验研究
发布时间：2020-12-23 16:06
航空发动机中有许多重要零部件需要承受高温高压和复杂应力,对材料的要求非常严格,通常使用钛合金等耐高温的金属。砂带磨削以其弹性磨削的特点,在磨削钛合金叶片中有重要地位。然而为了提高磨削效率而提高磨削线速度会导致磨削温度过高。因此合适的冷却润滑方式是必不可少的。砂带磨削通常选择干磨、涂层润滑水浇注润滑等以避免油液进入接触轮和砂带之间引起砂带打滑。微量润滑具有较好的冷却减磨效果。同时,微量润滑油液使用量较小,油液能较为精确地作用于磨削区域,能防止油液引起砂带打滑。在日益重视绿色制造的大环境下,微量润滑技术的应用前景越来越广阔。针对基于微量润滑的砂带磨削中打滑问题和有效润滑磨削区域的问题,对微量润滑喷雾,砂带磨削接触轮磨削状态和微量润滑特点进行研究分析。本文分析砂带磨削的特点和不同油液在砂带磨削微量润滑的作用,分析得出适合的油液种类。对微量润滑喷雾进行研究分析,再针对砂带磨削中特有的接触轮变形状态进行研究和仿真分析,得到喷雾角度并分析与砂带打滑之间的关系,避免打滑现象。基于砂带磨削变形轮廓和喷雾状态,通过流体分析和仿真,研究砂带磨削微量润滑有效润滑条件,避免烧伤的条件。在上述避免烧伤、避免打滑...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冷却润滑液带来的问题[18]
1绪论5浇注润滑的一种润滑方式，通过雾化切削液喷到切削区域对工件和刀具进行润滑。能有效突破高速刀具表面产生的气障，进入浇注润滑时液体无法到达的区域，对切削区域进行有效磨削。微量润滑油液使用量较少，可以简化油液回收装置，同时减少油液对环境的污染。具有提高刀具寿命和提高加工质量的优点。还有一种绿色润滑的方法就是在油液中添加纳米粒子，添加纳米粒子有利于增加油液润滑效果和降温效果[24]。几种绿色制造的发展关系如图1.3。可以看出，在微量润滑的油液中添加纳米粒子不但切削的润滑降温效果得到提升，同时解决其他润滑方式存在的问题。图1.3干磨和润滑方式存在的问题[24]Fig.1.3Problemsofdrygrindingandlubrication1.2.4微量润滑技术的应用气体冷却剂一般被认为是环保的切削剂，由高压空气或者氮气等惰性气体组成。由惰性气体组成的气体冷却剂不会腐蚀工件，不易变质，不会氧化工件，是理想的“切削液”。此外，学者Lo′pez发现，气体冷却剂能和液体组合使用，以喷雾的形式提高润滑降温效果[25]。这种气体液体组合润滑的方式就是微量润滑的雏形，直到1996年Hewson等人提出微量润滑的概念。微量润滑的主要优点有，节省成本、减少对环境的影响和提高切削后工件的表面质量。微量润滑的原理是通过细雾和气体混合将少量的切削液送到切削区域。微量润滑使用的润滑液要求是能够生物降解的，并且由于油液消耗少最好能保持长时间使用不会变质。因此植物油是比较好的选择[26]。学者Ozasa的研究中表明，矿物油，加氢裂化油，合成油和植物油中，植物油的比磨削能最低，在微量润滑中的效果最好。Arulbrittoraj等学者比较MQL在AISI10410钢平面车削中与干式和湿式加工比较，观察到微量润滑的加工性能优于湿法加工，是因为微量润滑的
2砂带弹性磨削条件下微量润滑作用机制研究12砂带弹性磨削条件下微量润滑作用机制研究2.1砂带磨削特点磨削属于多微小切削刃同时工作的刀具，通过不规则磨粒磨损和切削工件，具有自锐效应能通过磨粒磨损产生新的切削刃，是精加工和抛光常用的加工方法之一。①砂带磨削以橡胶接触轮代替刚性砂轮，同时砂带基材和粘合剂也有一定的柔性。因此砂带磨削可以称为“弹性磨削”，顾名思义，砂带磨削过程中，磨粒对工件有较为恒定垂直工件的下压力，使得接触轮变形。由于接触轮的形变，磨粒切削轨迹从弧形变成有一段直线的弧形(如图2.1中的磨粒轨迹所示)，切削长度变长，减少切削过程中滑擦和犁耕过程所占的比例，提高切削效率，降低磨削比能。图2.1砂带磨削和砂轮磨削特点对比图Fig.2.1Grindingcomparisonbetweenabrasivebeltandgrindingwheel②砂轮中的砂粒是像混凝土一样浇注凝结的，因此里面的砂粒如混凝土的石子一样杂乱无章。然而，砂带中的砂粒通过静电植砂，在静电作用下砂粒的尖端垂直于砂带平面。由于有静电植砂作为保障，砂带中的磨粒会选取偏长条的菱形和三角形的磨粒，相同粒度下磨粒更锋利，在切削的时候有较为小的负前角，有利于减少滑擦和犁耕过程占磨削过程的比例，提高切削效率。长条形的磨粒的另一个优点就是磨粒自锐更容易，并且自锐后的新刃有更高几率是比较尖锐的切削刃，更加锋利，如图2.1中磨粒放大显示的磨粒破碎示意图。③砂轮中磨粒间充满结合剂，而砂带中的磨粒由于是单层磨粒，能控制结合剂高度，磨粒间能容纳切屑的空间比砂轮大10倍以上，不容易堵塞砂粒间的空间，排屑容易，如图2.1中的磨粒在砂带和砂轮中的状态对比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]组织形貌对TC4钛合金棒材性能的影响[J]. 黄淑阳,王淑艳,夏雪莲. 科技创新与应用. 2019(13)
[2]TC4钛合金热变形行为研究[J]. 朱晓亮,欧梅桂,张松,王亚娟,袁国建,潘春华,贺孝文. 现代机械. 2019(02)
[3]新型碳材料及其复合物在推进剂催化中的应用[J]. 孟胜皓,杜仕国,鲁彦玲. 兵器装备工程学报. 2019(04)
[4]TC4钛合金板材高温热拉伸性能的研究[J]. 丁嘉健,刘家和,杨展铭,席彬彬,邓沛然,邵威. 科技创新与应用. 2019(11)
[5]碳纳米颗粒作为润滑添加剂的摩擦学性能研究[J]. 李春风,张春雷,王家鹏. 润滑油. 2018(04)
[6]空气雾化喷嘴的设计与实验研究[J]. 吴恩启,顾自明,赵兵,徐智保. 热能动力工程. 2018(04)
[7]绿色制造剃齿切削油液选择模型及应用[J]. 陶桂宝,王丽丹,曹华军. 重庆大学学报. 2015(06)
[8]纳米粒子射流微量润滑磨削镍基合金润滑性能实验评价[J]. 张彦彬,李长河,贾东洲,张东坤. 组合机床与自动化加工技术. 2015(06)
[9]磨削加工技术的发展趋势[J]. 赵恒华,宋涛,蔡光起. 制造技术与机床. 2012(01)
[10]航空发动机叶片柔性抛光技术[J]. 段继豪,史耀耀,张军锋,董婷,李小彪. 航空学报. 2012(03)
博士论文
[1]植物油基纳米粒子射流微量润滑磨削机理与磨削力预测模型及实验验证[D]. 张彦彬.青岛理工大学 2018
[2]基于绿色切削的钛合金高速切削机理研究[D]. 赵威.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]航空发动机精锻叶片数控砂带磨削工艺基础研究[D]. 吴海龙.重庆大学 2012
[2]基于微量润滑技术的涂层刀具高速切削钛合金性能研究[D]. 韩舒.上海交通大学 2011
本文编号：2933978
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
冷却润滑液带来的问题[18]
1绪论5浇注润滑的一种润滑方式，通过雾化切削液喷到切削区域对工件和刀具进行润滑。能有效突破高速刀具表面产生的气障，进入浇注润滑时液体无法到达的区域，对切削区域进行有效磨削。微量润滑油液使用量较少，可以简化油液回收装置，同时减少油液对环境的污染。具有提高刀具寿命和提高加工质量的优点。还有一种绿色润滑的方法就是在油液中添加纳米粒子，添加纳米粒子有利于增加油液润滑效果和降温效果[24]。几种绿色制造的发展关系如图1.3。可以看出，在微量润滑的油液中添加纳米粒子不但切削的润滑降温效果得到提升，同时解决其他润滑方式存在的问题。图1.3干磨和润滑方式存在的问题[24]Fig.1.3Problemsofdrygrindingandlubrication1.2.4微量润滑技术的应用气体冷却剂一般被认为是环保的切削剂，由高压空气或者氮气等惰性气体组成。由惰性气体组成的气体冷却剂不会腐蚀工件，不易变质，不会氧化工件，是理想的“切削液”。此外，学者Lo′pez发现，气体冷却剂能和液体组合使用，以喷雾的形式提高润滑降温效果[25]。这种气体液体组合润滑的方式就是微量润滑的雏形，直到1996年Hewson等人提出微量润滑的概念。微量润滑的主要优点有，节省成本、减少对环境的影响和提高切削后工件的表面质量。微量润滑的原理是通过细雾和气体混合将少量的切削液送到切削区域。微量润滑使用的润滑液要求是能够生物降解的，并且由于油液消耗少最好能保持长时间使用不会变质。因此植物油是比较好的选择[26]。学者Ozasa的研究中表明，矿物油，加氢裂化油，合成油和植物油中，植物油的比磨削能最低，在微量润滑中的效果最好。Arulbrittoraj等学者比较MQL在AISI10410钢平面车削中与干式和湿式加工比较，观察到微量润滑的加工性能优于湿法加工，是因为微量润滑的
2砂带弹性磨削条件下微量润滑作用机制研究12砂带弹性磨削条件下微量润滑作用机制研究2.1砂带磨削特点磨削属于多微小切削刃同时工作的刀具，通过不规则磨粒磨损和切削工件，具有自锐效应能通过磨粒磨损产生新的切削刃，是精加工和抛光常用的加工方法之一。①砂带磨削以橡胶接触轮代替刚性砂轮，同时砂带基材和粘合剂也有一定的柔性。因此砂带磨削可以称为“弹性磨削”，顾名思义，砂带磨削过程中，磨粒对工件有较为恒定垂直工件的下压力，使得接触轮变形。由于接触轮的形变，磨粒切削轨迹从弧形变成有一段直线的弧形(如图2.1中的磨粒轨迹所示)，切削长度变长，减少切削过程中滑擦和犁耕过程所占的比例，提高切削效率，降低磨削比能。图2.1砂带磨削和砂轮磨削特点对比图Fig.2.1Grindingcomparisonbetweenabrasivebeltandgrindingwheel②砂轮中的砂粒是像混凝土一样浇注凝结的，因此里面的砂粒如混凝土的石子一样杂乱无章。然而，砂带中的砂粒通过静电植砂，在静电作用下砂粒的尖端垂直于砂带平面。由于有静电植砂作为保障，砂带中的磨粒会选取偏长条的菱形和三角形的磨粒，相同粒度下磨粒更锋利，在切削的时候有较为小的负前角，有利于减少滑擦和犁耕过程占磨削过程的比例，提高切削效率。长条形的磨粒的另一个优点就是磨粒自锐更容易，并且自锐后的新刃有更高几率是比较尖锐的切削刃，更加锋利，如图2.1中磨粒放大显示的磨粒破碎示意图。③砂轮中磨粒间充满结合剂，而砂带中的磨粒由于是单层磨粒，能控制结合剂高度，磨粒间能容纳切屑的空间比砂轮大10倍以上，不容易堵塞砂粒间的空间，排屑容易，如图2.1中的磨粒在砂带和砂轮中的状态对比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]组织形貌对TC4钛合金棒材性能的影响[J]. 黄淑阳,王淑艳,夏雪莲. 科技创新与应用. 2019(13)
[2]TC4钛合金热变形行为研究[J]. 朱晓亮,欧梅桂,张松,王亚娟,袁国建,潘春华,贺孝文. 现代机械. 2019(02)
[3]新型碳材料及其复合物在推进剂催化中的应用[J]. 孟胜皓,杜仕国,鲁彦玲. 兵器装备工程学报. 2019(04)
[4]TC4钛合金板材高温热拉伸性能的研究[J]. 丁嘉健,刘家和,杨展铭,席彬彬,邓沛然,邵威. 科技创新与应用. 2019(11)
[5]碳纳米颗粒作为润滑添加剂的摩擦学性能研究[J]. 李春风,张春雷,王家鹏. 润滑油. 2018(04)
[6]空气雾化喷嘴的设计与实验研究[J]. 吴恩启,顾自明,赵兵,徐智保. 热能动力工程. 2018(04)
[7]绿色制造剃齿切削油液选择模型及应用[J]. 陶桂宝,王丽丹,曹华军. 重庆大学学报. 2015(06)
[8]纳米粒子射流微量润滑磨削镍基合金润滑性能实验评价[J]. 张彦彬,李长河,贾东洲,张东坤. 组合机床与自动化加工技术. 2015(06)
[9]磨削加工技术的发展趋势[J]. 赵恒华,宋涛,蔡光起. 制造技术与机床. 2012(01)
[10]航空发动机叶片柔性抛光技术[J]. 段继豪,史耀耀,张军锋,董婷,李小彪. 航空学报. 2012(03)
博士论文
[1]植物油基纳米粒子射流微量润滑磨削机理与磨削力预测模型及实验验证[D]. 张彦彬.青岛理工大学 2018
[2]基于绿色切削的钛合金高速切削机理研究[D]. 赵威.南京航空航天大学 2006
硕士论文
[1]航空发动机精锻叶片数控砂带磨削工艺基础研究[D]. 吴海龙.重庆大学 2012
[2]基于微量润滑技术的涂层刀具高速切削钛合金性能研究[D]. 韩舒.上海交通大学 2011
本文编号：2933978
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