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低温冷风微量润滑切削工艺试验研究

作　者: 尉红军
导　师: 张根保
学　校: 重庆大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 低温冷风微量润滑刀具磨损表面粗糙度正交试验
分类号: TG506
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在金属切削加工中,油剂切削液的大量使用对环境和操作者带来了严重的危害,其使用也受到越来越多的限制,这就使得绿色切削技术成为金属加工新的发展趋势。本文在分析绿色切削加工技术国内外现状和特点的基础上,对低温冷风微量润滑切削技术在机械加工中的应用作了系统的试验研究。本文利用人工制冷获得0-60℃低温干燥空气,以冷风射流的方式喷向切削加工区,进行了该技术在车削和滚齿加工中的试验研究。为探讨低温冷风微量润滑的冷却润滑机理,运用数值计算和试验研究相结合的方法,通过对切削温度、刀具磨损和工件表面质量的试验研究,分析了低温冷风在提升切削过程的冷却润滑性能和改善工件加工表面质量方面的特征和机理。获得如下结果:首先,通过对刀具温度场的三维数值模拟计算,获得了低温冷风射流下刀具的温度分布,分析了低温冷风冷却效果与冷风的温度和冷风的压力的关系,并进行了验证试验;其次,通过低温冷风微量润滑切削和常温干切削的对比试验研究,证实冷风微量润滑能有效降低刀具的表面塑性和切削温度,从而减少前刀面和后刀面的磨损,增加刀具的寿命;同时,冷风射流能有效地抑制已加工表面的积屑瘤和鳞刺,降低工件表面的粗糙度,从而提高切削质量;最后,以数控滚齿机为平台进行了低温冷风加工45#钢最佳切削参数的工艺试验。采用正交法安排试验,寻找出了最佳的低温冷风切削参数及各因素对刀具磨损和齿面粗糙度影响的显著度。结果显示,相对于常规油冷切削,低温冷风微量切削能更为有效地降低切削区温度,减少刀具磨损和降低齿面粗糙度;正交试验获得的最佳的冷风切削参数为:冷风温度-45℃,进给量0.2mm/r,微量润滑量40ml/h。所有的试验结果都显示,低温冷风工况下,微量润滑油对抑制刀具磨损和提升工件表面质量有十分积极的作用。因为微量润滑油在高速冷风射流下,具有极强的渗透和吸附能力,能迅速在刀-屑和刀-工件表面之间的新鲜表面形成润滑薄膜,缓解摩擦,抑制切削热的产生;低温冷风微量润滑切削作为常规油剂切削的替代技术,能够有效地降低切削温度,减少刀具的磨损和提高工件表面质量,再加上它的成本低,更加适合中国国情,因此具有很大的发展前景。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 问题的提出及研究意义  9-15
    1.1.1 机械加工中存在的问题  9-10
    1.1.2 代替传统浇注冷却方式的加工方法  10-15
  1.2 低温冷风切削的国内外研究现状  15-17
    1.2.1 低温冷风切削的国外研究现状  15-16
    1.2.2 低温冷风切削的国内研究现状  16-17
  1.3 本课题研究的目的和特点  17-19
    1.3.1 研究背景  17
    1.3.2 研究目的和内容  17-19
2 冷源介绍及试验方案确定  19-29
  2.1 制冷系统的选择  19-20
    2.1.1 实时制冷系统方案选择  19
    2.1.2 蓄冷式制冷系统方案选择  19-20
    2.1.3 换热器的选择  20
  2.2 空气的干燥处理  20-23
    2.2.1 冷冻干燥  20-21
    2.2.2 吸附干燥  21-23
  2.3 低温空气制备系统  23-26
    2.3.1 空气流程  23
    2.3.2 空气实际处理过程  23-26
  2.4 低温冷风切削试验安排  26-29
    2.4.1 低温冷风参数  26-27
    2.4.2 试验材料  27
    2.4.3 切削试验内容安排  27-29
3 切削温度理论分析及试验研究  29-47
  3.1 切削热及其影响  29-32
    3.1.1 切削热传导介绍  29-30
    3.1.2 影响切削温度的主要因素  30-31
    3.1.3 切削热对切削过程的影响  31-32
  3.2 切削温度的理论计算  32-44
    3.2.1 温度场模型的建立和数值模拟计算  32-35
    3.2.2 数值模拟计算结果  35-43
    3.2.3 计算结果分析  43-44
  3.3 切削温度的试验研究  44-47
    3.3.1 切削温度的测量方法介绍  44-45
    3.3.2 试验方案  45-46
    3.3.3 试验结果  46
    3.3.4 试验结果讨论  46-47
4 低温冷风加工环境下刀具磨损的研究  47-57
  4.1 刀具磨损的主要形式和形态  47-50
    4.1.1 刀具磨损的主要形式  47
    4.1.2 刀具磨损的形态  47-49
    4.1.3 刀具的抗磨方法  49-50
  4.2 刀具磨损对比试验研究  50
    4.2.1 试验条件  50
    4.2.2 刀具磨损试验方案的设计  50
  4.3 试验结果及分析  50-55
    4.3.1 不同工况下的刀具磨损曲线  50-52
    4.3.2 刀具前、后刀面的磨损对比  52-55
  4.4 结论  55-57
5 低温冷风加工环境下表面粗糙度的研究  57-63
  5.1 影响表面粗糙度的因素  57-58
    5.1.1 表面粗糙度的形成机理  57
    5.1.2 减小表面粗糙度的措施  57-58
  5.2 表面粗糙度对比试验研究  58
    5.2.1 表面粗糙度测量方法  58
    5.2.2 表面粗糙度对比试验方案  58
  5.3 试验结果及分析  58-61
    5.3.1 铝合金棒的粗糙度对比  58-59
    5.3.2 不锈钢棒的粗糙度对比  59-60
    5.3.3 薄壁铝合金管的切削对比  60-61
  5.4 结论  61-63
6 低温冷风加工最佳切削参数的确定  63-73
  6.1 试验方案的确定  63-65
    6.1.1 正交试验方法特点介绍  63
    6.1.2 试验因素及试验指标的确定  63-65
    6.1.3 试验条件  65
  6.2 试验结果  65-71
    6.2.1 常规油冷切削与低温冷风切削对比试验结果  65-66
    6.2.2 低温冷风加工最佳切削参数确定试验  66-69
    6.2.3 试验结果分析与讨论  69-71
  6.3 结论  71-73
7 结论与展望  73-75
  7.1 主要结论  73-74
  7.2 后续研究工作的展望  74-75
致谢  75-77
参考文献  77-81
附录  81
  A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文  81
  B. 作者攻读硕士学位期间参与的课题  81

低温冷风微量润滑切削工艺试验研究

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