液氮低温切削Ti-5553钛合金刀具温度场建模与实验研究

发布时间：2024-02-18 19:15

　　Ti-5553钛合金具有密度小、耐高温和抗腐蚀性好等特点,综合力学性能优异,已被广泛应用于新型飞机结构件的制造。Ti-5553钛合金为β-α/β型钛合金,由于其弹性模量低、化学活性高、粘结及扩散等现象显著,导致切削加工性能较差,主要体现为切削区域温度高,工件表面易被灼伤;刀具磨损严重,刀具寿命低;切屑不易断裂等。常规冷却加工方法冷却效果不理想,且会造成环境污染。液氮低温冷却切削通过增大热流量,有效降低切削刀具温度,从而减少刀具磨损,提高刀具寿命。目前对于低温冷却加工中刀具表面温度场相关研究工作较少,因此本文以Ti-5553钛合金为对象,开展了液氮低温条件下切削过程中刀具温度场研究。首先,建立低温冷却条件下对流传热系数的数学模型。对液氮喷射过程刀具表面附近的流体运动规律进行分析,定义流动边界层和热边界层。建立特征数方程式并确定量纲,通过对对流传热系数影响因素的分析,建立并求解守恒方程,得出刀具对流传热系数h的计算公式,从而估计刀具表面的热流密度,为低温冷却下切削温度及对流传热系数的确定提供理论支持。其次,基于液氮喷射实验和CFD模型相结合的实验建模方法,确定了对流传热系数。设计液氮喷射实...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究的目的和意义
    1.2 低温加工技术国内外研究现状
    1.3 低温切削温度国内外研究现状
        1.3.1 低温冷却对流传热研究现状
        1.3.2 低温加工温度场有限元仿真研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 液氮低温加工对流传热过程建模
    2.1 液氮热力学特性
    2.2 液氮喷射刀具表面对流传热运动规律
    2.3 液氮喷射刀具表面对流传热理论求解
        2.3.1 物理特征数的确定
        2.3.2 守恒方程的建立和求解
    2.4 本章小结
第3章 基于实验建模方法的对流传热系数确定
    3.1 液氮低温冷却实验研究
        3.1.1 实验设计
        3.1.2 实验结果
    3.2 低温冷却过程流体仿真
        3.2.1 CFD模型的选择
        3.2.2 CFD模型的参数
        3.2.3 CFD模型的实现
    3.3 仿真结果与分析
        3.3.1 温度场及对流传热系数仿真结果
        3.3.2 对流传热系数计算结果
    3.4 射流参数对对流传热系数影响规律
    3.5 本章小结
第4章 低温冷却车削温度仿真与实验验证
    4.1 液氮低温车削有限元仿真
        4.1.1 工件及刀具的几何建模
        4.1.2 工件及刀具的网格划分
        4.1.3 相关参数及本构方程的选择
    4.2 液氮低温车削温度测量实验研究
        4.2.1 实验设备及仪器材料
        4.2.2 实验方案
    4.3 低温车削仿真与实验结果分析
        4.3.1 仿真结果分析
        4.3.2 实验结果分析
        4.3.3 仿真与实验结果对比分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文和专利
致谢



本文编号：3902394