空簧孔静电冷却干式镗削工艺研究

摘要

在金属切削加工过程中，静电冷却干式切削是一种新型辅助冷却工艺。相对于传统的湿式切削而言，静电冷却干式切削具有生产成本低、环境污染小等优势，是一种符合现代绿色制造要求的冷却、润滑工艺。 但是，在数控机床成为现代机械加工的主流趋势的今天，静电冷却干式切削工艺与数控机床的耦合性要求过高是制约其发展的关键问题。 动车构架上的空簧孔需要在大型加工中心上进行精镗加工。由于刀具随主轴旋转，传统工艺采用大量冷却液辅助冷却润滑。本文采用静电冷却干式镗削工艺，并针对传统的静电冷却装置和镗刀进行了改装，使二者与实验用加工中心成功的耦合。改装完成后，本文进行了空簧孔样件的镗削实验，结果表明静电冷却干式镗削基本达到了湿式镗削刀具寿命标准。 本文完成了的主要工作有: (1)研究了静电冷却作用理论，结合金属切削的基本规律，分析了活性气体各成分在切削区的作用方式和区域。 (2)设计了具有外接气路的电晕放电装置，并进行了不同形式的外接气路对活性气体传输过程中衰减趋势的影响实验研究，得到了不同外接管长度和不同弯曲程度对活性气体浓度衰减的影响规律。 (3)将内冷精镗刀改装成为外气路内冷精镗刀，并通过测量获得了实验装置连接后镗头气路出口的气体浓度衰减值。确定了实验高压电源电压和压缩空气压力参数。 (4)进行了空簧孔样件的静电冷却干式镗削、纯干式镗削、湿式镗削三组实验。该实验得出采用静电冷却干式镗削时，刀具寿命能达到湿式镗削的90％，是纯干式镗削刀具寿命的2.66倍。 (5)进行了精镗工艺过程的切削力理论计算和DEFORM有限元分析。验证了实验测得的切削力数据，并通过计算间接获取了采用静电冷却干式镗削工艺的切削区最高温度估测值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 空簧孔静电冷却干式镗削课题研究的背景

1．1．1 空气弹簧与空簧孔

1．1．2 空簧孔镗削加工工艺

1．1．3 镗孔时切削液使用的利弊

1．1．4 新型冷却润滑技术

1．2 静电冷却辅助干式镗削课题研究的意义

1．2．1 空簧孔镗削现有工艺

1．2．2 内冷镗削的优势

1．2．3 静电冷却干式镗削的优势

1．3 静电冷却技术的研究现状

1．3．1 国外发展的现状趋势

1．3．2 我国发展的现状趋势

1．4 课题主要研究内容

第2章 静电冷却作用理论

2．1 镗削加工刀具磨损机理

2．1．1 影响工件质量的刀具磨损形态

2．1．2 影响刀具磨损的内在因素

2．1．3 涂层硬质合金刀具磨损规律

2．2 静电冷却干式切削理论

2．2．1 静电冷却基本原理

2．2．2 金属塑性变形的微观因素

2．2．3 表面对位错滑移的影响

2．2．4 活性气体对工件表面的作用

2．3 尖端电晕放电理论

2．3．1 气体放电的基本规律

2．3．2 尖端电晕放电特性

2．3．3 负氧离子和臭氧的形成

第3章 静电冷却系统

3．1 静电冷却系统的组成

3．2 臭氧浓度传感器的外接电路和标定

3．2．1 臭氧浓度传感器电路

3．2．2 传感器化学标定法

3．3 活性气体传输实验

3．3．1 实验目的

3．3．2 实验步骤

3．3．3 结果分析

3．4 本章小结

第4章 外气路内冷精镗刀的设计

4．1 空簧孔样件

4．1．1 空簧孔样件材料选择

4．1．2 空簧孔样件镗削实验工艺设计

4．2 涂层硬质合金刀片

4．3 外气路内冷精镗刀的设计

4．3．1 外气路内冷精镗刀要求

4．3．2 外气路内冷精镗刀组成部分

4．3．3 外气路内冷精镗刀的装配

4．3 精镗刀与电晕放电装置的配合

4．3．1 外接气路的耦合

4．3．2 活性气体浓度测量

第5章 静电冷却干式镗削实验

5．1 实验目的

5．2 实验平台的搭建

5．2．1 机械加工设备

5．1．2 切削参数测量仪器

5．1．3 实验平台

5．3 实验步骤

5．2．1 实验准备

5．2．2 加工中心加工程序

5．2．3 步骤

5．4 切削力理论计算

5．5 DEFORM镗削工艺有限元分析

5．6 实验结果及分析

5．6．1 刀具磨损分析

5．6．2 切削力分析

5．6．3 切削温度分析

5．7 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结及创新性

6．1．1 结构设计

6．1．2 实验结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢