车削中低温MQL冷却润滑机理的研究

摘要

近年来,人们对生态环保意识逐渐增强,对环境保护、低碳低耗和可持续发展的呼声越来越高,实施绿色制造已成为先进制造技术的主要发展趋势之一。低温最小量润滑(CryogenicMinimumQuantityLubfication,即低温MQL)在MQL基础上引用了低温冷风,弥补了MQL冷却效果不佳的缺点,能够获得更好的加工质量,是一种具有很大发展潜力的绿色制造技术,具有广阔的推广和应用前景。
　　 本文在国内外研究进展的基础上,结合MQL理论,研究了低温MQL车削的冷却润滑机理,对低温MQL车削开展了理论建模、数值模拟等工作,其主要研究内容有以下几个方面:
　　 (1)阐述了气液两相流模型的分类,确定了低温MQL喷雾射流的模型,阐述了低温MQL喷雾射流理论,研究了喷雾射流的渗透特性和毛细管的形成及渗透机理,阐述了低温冷风的冷却性能,建立了雾滴与切削区的传热模型。
　　 (2)构建了由MQL切削液、供液系统、低温冷风发生系统、雾液控制系统四部分组成的低温MQL喷雾系统,介绍了常见的制冷方式及制冷原理,研究了低温冷风发生系统的原理,介绍了供液系统及供液方式并对低温MQL喷雾系统的雾化性能做了PDA测试实验。
　　 (3)建立了低温MQL车削模型,并基于流体力学理论及流体分析软件FLUENT,对工件的旋转、低温MQL车削及车削过程中的喷雾射流进行了数值模拟,研究了车削楔形区的压力场、速度场和温度场三个流场对切削液喷雾运动的影响,推导了楔形区压差对切削液喷雾运动的影响式子,分析了切削液喷雾的温度及运动特性。
　　 (4)研究了冷风温度、供气压力和喷射距离三个重要参数对低温MQL技术的影响。分别建立不同参数值的车削模型进行对比仿真,分析了车削区流场的变化情况,根据仿真结果选取最佳的参数值,进一步完善了低温MQL的冷却润滑机理。
　　 (5)基于DEFORM软件,建立车削加工模型,分别模拟了低温MQL车削加工和。MQL车削加工。经一定车削量之后,比较两种车削加工中,主切削力大小、工件的应变分布、切屑形态及温度分布等车削性能。
　　 本研究在国家自然科学基金(50675088,51075192)支持下开展进行,其研究工作丰富和完善了车削中低温MQL的冷却润滑机理,对低温MQL车削做了较多的数值模拟,对低温MQL的重要参数做了相应的研究,对进一步研究低温MQL具有一定的理论指导价值。