静电冷却干式切削装置的设计研究

摘要

静电冷却干式切削是一种将压缩空气离子化、臭氧化，在切削区形成特殊环境，从而达到冷却效果的干式切削方法。目前国内对此项技术的研究还很少，因此，对静电冷却干式切削的原理进行分析，并设计制造静电冷却干式切削装置是很必要的。钛合金BT20是俄罗斯研制开发的一种重要结构材料，其主要特点是密度小、强度高，是一种近似α相钛合金。由于在传统的钛合金加工中，集中反应为切削速度低、刀具耐用度差，导致加工效率低。针对上述问题，研究了静电冷却车削钛合金BT20的方法。 在充分研究干式切削的实施条件、关键技术、钛合金BT20的加工特性及汤森气体放电理论的基础上，重点研究和设计了一套静电冷却干式切削装置，其主要装置有：静电场装置、空气压缩装置、供电电源装置，并选取了最优静电参数、适合的刀具材料、优化的刀具结构和机床结构。利用此装置对钛合金BT20进行车削试验，试验表明：静电冷却干式切削可达到常规切削的加工工效，且从源头上解决了切削液带来的弊端，是一种很有发展前途的绿色加工工艺。最后，为了更好的应用此技术，对试验结果进行分析，主要包括：设计参数、刀具磨损、切屑形态、刀具耐用度，以及各切削参数对加工效果的影响。 本论文借助了Visual c++软件对静电冷却干式切削装置性能影响大的静电场装置和机床主轴两个主要部件进行了优化设计。其中这种利用计算机做辅助设计和分析对主轴的优化方法，可以应用于其他类型机床主轴的设计和分析中。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1静电冷却干式切削钛合金BT20的研究意义

1.1.1干式切削的研究意义

1.1.2静电冷却干式切削钛合金BT20的研究意义

1.2静电冷却干式切削的国内外发展状况

1.3论文主要内容

第2章干式切削

2.1干式切削

2.1.1干式切削的定义及种类

2.1.2以上几种干式切削(除静电冷却外)存在的问题及措施

2.2干式切削与常规切削的比较

2.2.1切削液的作用及其危害

2.2.2干式切削的特点

2.3干式切削的实施条件和关键技术分析

2.3.1干式切削对刀具的要求及实现途径

2.3.2干式切削对工件的要求

2.3.3干式切削对机床的要求

2.3.4干式切削的工艺技术

第3章静电冷却干式切削装置的设计

3.1气体放电概述

3.2气体介质的电导理论

3.2.1电子与气体原子碰撞时所引起的激发和电离

3.2.2气体中载流子的产生

3.3静电冷却干式切削装置设计的基础理论

3.3.1均匀电场中气体放电的伏安特性

3.3.2汤森气体放电理论

3.3.3汤森放电理论的不足

3.4高气压下均匀电场自持放电的流注理论

3.5静电冷却干式切削装置设计

3.5.1静电冷却干式切削装置总体结构设计

3.5.2主要部件的设计或选取

第4章静电冷却干式切削装置重要部件的优化设计

4.1静电冷却干式切削装置的优化设计

4.2静电场装置的优化设计

4.2.1目标函数和设计变量

4.2.2约束条件

4.2.3优化方法选择

4.2.4优化结果分析

4.3主轴静态优化设计

4.3.1主轴的简化及受力分析

4.3.2主轴的静态优化设计

第5章设计装置在静电冷却干式切削钛合金BT20中的应用

5.1钛及钛合金

5.1.1钛合金概述

5.1.2钛合金BT20

5.2钛合金BT20的特性及对切削加工性的影响

5.3钛合金BT20切削性能的提高

5.3.1静电冷却车削钛合金BT20对刀具的要求

5.3.2静电冷却车削钛合金BT20对机床的要求

5.3.3静电冷却车削钛合金BT20的工艺措施

5.4切削试验

5.4.1试验数据

5.4.2静电冷却的作用

5.5静电冷却车削钛合金BT20试验数据分析

5.5.1切屑形态的分析

5.5.2加工表面的残余应力

5.5.3常规车削钛合金BT20试验数据分析

5.5.4静电冷却车削钛合金BT20试验数据分析

5.5.5静电冷却车削钛合金BT20刀具磨损、耐用度分析

结论

附录

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表(含录用)的学术论文