微量油膜附水滴切削液雾化仿真及试验研究

摘要

在机械切削加工中，采用传统浇注式切削液可以起到一定的冷却效果，但润滑效果不明显，由于切削区存在高温、高压导致切削液渗透效率不高，尤其在高速加工中。因此，传统的冷却润滑方式不仅浪费大量的切削液，而且排放的加工废液造成了环境问题，甚至切削液中硫磺、磷、氯等元素添加剂可能会对人体造成损害。从保护环境和降低生产成本的角度出发，迫切需要开发一种改善生产和生态环境的新型绿色加工技术。微量油膜附水滴冷却润滑技术作为一种新型绿色加工技术应运而生。微量油膜附水滴冷却润滑技术是将微量植物油和水经特殊喷嘴在压缩空气的作用下雾状化，并在水滴表面上形成一层薄油膜，即微量油膜附水滴，以高速喷射进入切削区进行冷却润滑。本文对喷嘴在不同工况下进行了雾化仿真及切削性能试验研究。本文的主要研究工作如下：
　　（1）在不同工况下对喷嘴进行雾化仿真，分析雾化结果并确定最优雾化工况为空气压强0.4MPa、水流量1L/h、润滑油流量60mL/h，然后在此工况下对喷嘴内部流场特性和喷嘴出口下游流场雾化颗粒特性进行分析。
　　1）喷嘴内部流场所形成的涡流场有利于空气、水和润滑油的充分混合。
　　2）喷嘴出口下游流场雾化颗粒在雾炬的中心处速度较大，而在雾炬的边缘速度较小；雾化颗粒速度随轴向距离的增大而减小；在不同横截面，雾化颗粒速度随着半径的增大而减小。
　　3）雾炬中央的颗粒较小，边缘的颗粒较大；颗粒粒度随着沿轴线方向距离的增大而增大。
　　4）在不同横截面，随着径向距离的增大，雾化颗粒的湍动能先增大后减小；随着轴向距离的增大，湍动能逐渐地减小，在中轴线处湍动能的变化幅度在逐渐减弱。
　　（2）为了研究微量油膜附水滴的冷却润滑效果，本文对微量油膜附水滴切削液、干切削和乳化液进行对比试验，并在最优雾化工况下对微量油膜附水滴的切削性能进行试验研究。结果表明，微量油膜附水滴能够显著改善切削性能。与干切削和乳化液相比，采用微量油膜附水滴能够降低切削力和加工表面的粗糙度值，延长刀具的寿命。

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第一章 绪论

1.1课题来源

1.2本文研究的背景及意义

1.3绿色加工技术的发展和应用

1.4油微量膜附水滴国内外研究现状

1.5流体雾化机理

1.6本文主要研究内容

第二章 喷嘴雾化模型及雾化仿真

2.1 Fluent软件简介

2.2流场模型

2.3喷嘴雾化仿真

2.4本章小结

第三章 最优工况下喷嘴雾化仿真

3.1喷嘴内部流场数值模拟

3.2喷嘴出口下游流场数值模拟

3.3本章小结

第四章 微量油膜附水滴切削性能的试验研究

4.1试验装置及设备

4.2试验材料及刀具

4.3试验方法及条件

4.4试验结果与分析

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢