微量油膜附水滴切削液雾化仿真及试验研究

发布时间：2017-08-22 10:27

  本文关键词：微量油膜附水滴切削液雾化仿真及试验研究

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【摘要】：在机械切削加工中，采用传统浇注式切削液可以起到一定的冷却效果，但润滑效果不明显，由于切削区存在高温、高压导致切削液渗透效率不高，尤其在高速加工中。因此，传统的冷却润滑方式不仅浪费大量的切削液，而且排放的加工废液造成了环境问题，甚至切削液中硫磺、磷、氯等元素添加剂可能会对人体造成损害。从保护环境和降低生产成本的角度出发，迫切需要开发一种改善生产和生态环境的新型绿色加工技术。微量油膜附水滴冷却润滑技术作为一种新型绿色加工技术应运而生。微量油膜附水滴冷却润滑技术是将微量植物油和水经特殊喷嘴在压缩空气的作用下雾状化，并在水滴表面上形成一层薄油膜，即微量油膜附水滴，以高速喷射进入切削区进行冷却润滑。本文对喷嘴在不同工况下进行了雾化仿真及切削性能试验研究。本文的主要研究工作如下： （1）在不同工况下对喷嘴进行雾化仿真，分析雾化结果并确定最优雾化工况为空气压强0.4MPa、水流量1L/h、润滑油流量60mL/h，然后在此工况下对喷嘴内部流场特性和喷嘴出口下游流场雾化颗粒特性进行分析。 1）喷嘴内部流场所形成的涡流场有利于空气、水和润滑油的充分混合。 2）喷嘴出口下游流场雾化颗粒在雾炬的中心处速度较大，而在雾炬的边缘速度较小；雾化颗粒速度随轴向距离的增大而减小；在不同横截面，雾化颗粒速度随着半径的增大而减小。 3）雾炬中央的颗粒较小，边缘的颗粒较大；颗粒粒度随着沿轴线方向距离的增大而增大。 4）在不同横截面，，随着径向距离的增大，雾化颗粒的湍动能先增大后减小；随着轴向距离的增大，湍动能逐渐地减小，在中轴线处湍动能的变化幅度在逐渐减弱。 （2）为了研究微量油膜附水滴的冷却润滑效果，本文对微量油膜附水滴切削液、干切削和乳化液进行对比试验，并在最优雾化工况下对微量油膜附水滴的切削性能进行试验研究。结果表明，微量油膜附水滴能够显著改善切削性能。与干切削和乳化液相比，采用微量油膜附水滴能够降低切削力和加工表面的粗糙度值，延长刀具的寿命。
【关键词】：绿色加工技术 油膜附水滴 雾化仿真 试验研究
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG501.5;TG506
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 本文研究的背景及意义10-12
• 1.3 绿色加工技术的发展和应用12-14
• 1.3.1 干切削技术12-13
• 1.3.2 液氮冷却切削13-14
• 1.3.3 微量润滑技术14
• 1.4 油微量膜附水滴国内外研究现状14-16
• 1.5 流体雾化机理16-17
• 1.6 本文主要研究内容17-18
• 第二章 喷嘴雾化模型及雾化仿真18-32
• 2.1 Fluent 软件简介18
• 2.2 流场模型18-20
• 2.2.1 喷嘴结构几何模型18-19
• 2.2.2 喷嘴内部流场几何模型及有限元模型19-20
• 2.2.3 喷嘴出口下游流场几何模型及有限元模型20
• 2.3 喷嘴雾化仿真20-30
• 2.3.1 雾化粒度21
• 2.3.2 雾化仿真正交设计21-24
• 2.3.3 不同工况下喷嘴雾化仿真24-29
• 2.3.4 雾化颗粒直径分析29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 最优工况下喷嘴雾化仿真32-49
• 3.1 喷嘴内部流场数值模拟32-35
• 3.1.1 计算求解32-33
• 3.1.2 模拟结果显示与分析33-35
• 3.2 喷嘴出口下游流场数值模拟35-47
• 3.2.1 稳定气相流场数值模拟35-36
• 3.2.2 液相在稳定气相流场下的数值模拟36-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第四章 微量油膜附水滴切削性能的试验研究49-61
• 4.1 试验装置及设备49-54
• 4.1.1 试验机床49
• 4.1.2 油膜附水滴发生装置49-50
• 4.1.3 切削力测量系统50-51
• 4.1.4 超景深三维显微系统51-53
• 4.1.5 粗糙度轮廓测试仪53-54
• 4.2 试验材料及刀具54
• 4.3 试验方法及条件54-56
• 4.4 试验结果与分析56-60
• 4.4.1 切削力试验结果与分析56-57
• 4.4.2 表面粗糙度试验结果与分析57-58
• 4.4.3 刀具磨损试验结果与分析58-59
• 4.4.4 切屑形态试验结果与分析59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 结论61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：718602