超低温冷却加工中的液氮内喷式刀柄研究

发布时间：2021-08-07 10:32

　　超低温冷却加工是改善难加工材料切削加工性能的一种有效途径,具有抑制刀具磨损、提高加工效率、改善工件表面质量和绿色环保等优点。其冷却介质的施加方式中,内喷式冷却因冷却效果好,浪费小等优势成为了超低温冷却加工的发展趋势。因此,内喷式冷却相关设备的研制成为了超低温冷却加工技术进一步发展的关键。液氮作为超低温冷却加工中应用最广泛的冷却介质,具有沸点低、易汽化等特点,对相关设备的隔热和密封提出了更高的要求。本文为研制超低温冷却加工中的液氮内喷式刀柄装置,对刀柄的结构设计和多场耦合仿真进行了探索性研究。针对液氮的高速回转轴动密封及隔热问题,设计了液氮内喷式刀柄结构,通过仿真校核了刀柄的强度和静刚度,实现了液氮内喷式冷却在无内冷功能机床上的集成功能。分析了刀柄内部和刀柄与外界环境的能量流动过程,建立了刀柄工况下的稳态温度场模型。基于Palmgren轴承摩擦生热模型,计算了刀柄中热源的热生成量;基于对热传导、热对流以及热辐射三种传热方式的分析,讨论了刀柄温度场的影响因素,为刀柄的有限元仿真提供了合理的热边界条件。采用有限元仿真软件ANSYS Workbench,分析了刀柄工况下的稳态温度场和变形场。建... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 超低温冷却加工机理研究现状
        1.2.1 超低温冷却介质施加方法
        1.2.2 超低温冷却加工的影响机理研究
    1.3 超低温冷却加工装置研究现状
    1.4 课题来源及主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 主要研究内容
2 液氮内喷式刀柄装置结构设计
    2.1 总体结构设计
        2.1.1 液氮内喷式刀柄设计关键技术
        2.1.2 液氮内喷式刀柄结构设计
    2.2 密封结构设计
    2.3 隔热结构设计
    2.4 刀柄强度与刚度校验
    2.5 本章小结
3 液氮内喷式刀柄温度场模型构建
    3.1 刀柄的热态特性分析
    3.2 轴承生热模型
        3.2.1 轴承配置形式
        3.2.2 轴承摩擦力矩计算模型
        3.2.3 轴承发热量计算
    3.3 刀柄传热模型
        3.3.1 刀柄内的热传导
        3.3.2 刀柄与流体的对流传热
        3.3.3 刀柄中的辐射换热
    3.4 本章小结
4 基于热流固耦合的刀柄仿真分析
    4.1 基于ANSYSWorkbench的热流固耦合分析基础
    4.2 刀柄温度场的热流固耦合有限元建模
        4.2.1 模型简化处理
        4.2.2 网格划分
        4.2.3 刀柄热载荷
        4.2.4 材料属性
        4.2.5 边界条件
    4.3 结果分析
    4.4 本章小结
5 刀柄性能验证实验
    5.1 隔热性能验证实验
    5.2 切削性能验证实验
        5.2.1 实验内容
        5.2.2 实验条件
        5.2.3 实验方案
        5.2.4 切削力实验结果与分析
        5.2.5 表面粗糙度实验结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AMESim的液氮可控传输性能分析[J]. 袁凯,丛茜,王永青,韩灵生,刘海波,杨宥人.  低温工程. 2017(03)
[2]新常态下我国航空制造业现状与展望[J]. 李元华,刘红安.  金属加工(冷加工). 2016(14)
[3]TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究[J]. 姜振喜,孙杰,李国超,贾兴民,李剑峰.  兵工学报. 2015(01)
[4]液氮冷却下大进给铣削TC4钛合金的试验研究[J]. 陈冲,赵威,何宁,李亮,杨吟飞.  工具技术. 2014(08)
[5]改善难加工材料可加工性方法的研究进展[J]. 翟元盛,胡静姝,李玉甫.  航空制造技术. 2014(12)
[6]航空航天材料发展现状及前景[J]. 唐见茂.  航天器环境工程. 2013(02)
[7]难加工材料超声辅助切削加工技术[J]. 康仁科,马付建,董志刚,郭东明.  航空制造技术. 2012(16)
[8]液氮低温切削钛合金实验研究[J]. 孟春,李淑娟.  机械工程师. 2012(03)
[9]难加工材料的切削加工研究[J]. 杨卫亮,李淑娟.  机械工程与自动化. 2010(02)
[10]小型铣削中心主轴-轴承系统的热态特性分析[J]. 夏雨,郭昆峰,江宁.  轴承. 2009(08)

硕士论文
[1]热—应力耦合作用下的深沟球轴承疲劳寿命研究[D]. 王腾.南京航空航天大学 2012



本文编号：3327637