油膜附水滴切削液喷雾冷却模拟与切削试验研究

摘要

油膜附水滴切削液是一种新型环保的绿色切削液，在切削过程中它的应用不仅可以减少传统乳化液大量使用，而且能省去废液回收的过程，因此降低了生产成本，提高生产质量，故而在学术和工业领域引起了广泛关注。国内外很多学者对其进行了雾化机理和切削试验研究，结果表明在一定试验条件下，相比与其它加工方式它有着很好的冷却润滑效果。在如今普遍积极倡导环保的时代背景下，油膜附水滴切削技术的推广很有必要。
　　在多相流理论、流体力学及当今流行的一些流动数值模拟理论基础上，对油膜附水滴切削液形成过程进行理论分析，在已有的理论基础上应用流体仿真软件Fluent对喷嘴内部流场及雾化流场进行仿真模拟，在不同边界条件下，我们发现仿真效果差异很大，其中气压对雾化效果有着决定性影响，当气压为0.2MPa时其雾化效果和颗粒分布更好。
　　在雾化模拟基础上进行换热仿真，将钢板作为热源当雾化液滴喷射到钢板表面上时会有一个换热过程，检验油膜附水滴切削液冷却效果就是检验换热程度的强弱。将钢板表面温度设置为同种材料下切削温度，最后模拟结果显示:雾滴与钢板换热后，表面温度平均下降418K，大约降低57.8％，冷却效果显著。
　　将切削用量作为因素变量，采用响应曲面法设计试验，在C620-1车床上对0Crl8Ni9不锈钢进行对比切削试验，研究粗糙度和切削力变化情况。在三种不同切削方式下，油膜附水滴润滑冷却效果最好。通过方差分析，可以确定切削速度、进给量和背吃刀量对响应影响显著性，结果显示在油膜附水滴冷却润滑方式下，切削力和粗糙度随着切削速度的增加而减小，进给量增大时粗糙度明显增大，进给量对切削力影响最大。通过二次回归确立相关粗糙度和切削力的经验公式，应用遗传算法对粗糙度结果进行优化，将所得优化结果与实验进行对比，优化结果良好。
　　通过上述分析，在冷却润滑方面油膜附水滴有着良好的效果，作为一种新型绿色制造技术，它有很高研究价值和广阔的应用市场。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题来源

1．2新型加工技术研究背景及国内外发展现状

1．2．1 MQL技术发展

1．2．2 OoW技术发展

1．3喷雾冷却数值模拟技术研究现状

1．4传热数值模拟技术发展

1．5本文主要研究内容

2喷嘴雾化的数值模拟

2．1喷嘴雾化物理模型

2．1．1喷嘴三维模型

2．1．2喷嘴网格模型

2．2喷嘴雾化数学模型

2．2．1喷嘴内部流动数学模型

2．2．2湍流模型

2．2．3离散相模型

2．2．4雾滴破碎模型

2．2．5离散型与连续相之间的耦合

2．3喷雾模拟的计算

2．4本章小结

3喷嘴雾化及冷却仿真分析

3．1不同边界条件下雾化仿真

3．1．1喷嘴出入口边界条件

3．1．2射流源与离散相边界条件设定

3．2．1喷嘴及流体材料属性

3．2．2颗粒材料属性

3．3计算求解

3．4喷嘴内部流场模拟结果

3．4．1内部流场分析

3．4．2内部流场各相分布特性

3．5喷嘴外部雾化场模拟结果

3．5．1计算过程

3．5．2雾化场颗粒分布

3．5．3液滴在雾化场内运动特性分布

3．5．4单颗粒轨迹运动分析

3．6喷雾冷却仿真模拟

3．6．1换热壁面温度场分析

3．6．2换热面液膜厚度分布

3．7本章小结

4油膜附水滴切削实验研究

4．1实验设备与试验方案

4．1．1实验设备及参数

4．1．2冷却润滑系统

4．1．3实验条件

4．2试验方法

4．2．1响应曲面设计

4．2．2二次曲面正交旋转组合设计与分析

4．3 0Cr18Ni9不锈钢切削试验结果

4．3．1试验结果分析

4．3．2 RSM建模对切削力的分析

4．3．3 RSM建模对粗糙度的分析

4．3．4粗糙度的优化

4．4本章小结

5．1总结

5．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

致谢