准干式深孔加工系统及其冷却润滑机理研究

摘要

深孔加工是一种专业化程度较高的机械加工技术，现代深孔加工技术都需采用专用的深孔刀具(如枪钻、内排屑深孔钻、套料钻等)及深孔机床来进行加工，并需使用大量的高压切削油来实现冷却、润滑以及排屑，同时延长刀具使用寿命，提高生产效率和表面质量。然而切削液的使用也带来了负面影响，如对环境的污染、工人健康的危害以及加工成本的增加。
　　随着人们的环保意识增强，环保法规日趋严格，使得制造企业面临更大的成本压力，因而，无危害的绿色切削技术成为21世纪机械制造领域的焦点和重点。准干式加工成为深孔加工技术的重要发展方向之一。
　　OoW（微量油膜附水滴）技术是一种新型绿色切削加工技术。它利用压缩空气的强力作用，使少量可自然降解植物油和水在特殊式喷嘴中，形成微量的油膜附水滴切削液。该技术具有廉价、无污染、无公害及勿回收等优点，因此对微量油膜附水滴技术在深孔加工中的应用进行深入研究，具有重要的理论意义和实用价值。
　　本论文以内排屑深孔钻削加工为研究对象，将准干式切削技术与深孔加工技术相结合，采用OoW切削液来实现深孔钻削加工的排屑及刀具的冷却、润滑，实现准干式深孔加工。该方法可以节约能源、降低生产成本、减少环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。
　　本论文的主要内容和结论：
　　（1）在深入分析国内外绿色切削技术的基础上，构建了基于OoW技术的准干式深孔加工系统物理模型：以DF系统为载体，以OoW切削液为冷却润滑介质，结合振动切削技术构建准干式深孔加工系统。
　　（2）研究了OoW切削液作切削冷却润滑介质的作用机理。OoW切削液作切削冷却润滑介质主要是以气相填充毛细管的，由于取消了液相的渗入和蒸发阶段，大大缩短了填充毛细管的时间，提高了渗透性。又由于OoW切削液的植物油分子在毛细管部位产生了吸附，同时在刀-屑表面上发生了化学反应，形成了具有减摩抗磨作用的金属皂膜，从而减弱了刀-屑间的摩擦作用。OoW切削液具有较强的对流换热能力，这是其直接冷却作用；另外，由于OoW切削液的润滑作用减少了切削热的产生，也间接起到了冷却作用；这样在其双重作用下，切削温度得到了显著降低。另外，还进行了深孔加工系统排屑特性以及刀具技术等研究，为OoW切削液作冷却润滑介质的绿色切削技术的应用提供了理论依据。
　　（3）进行了OoW切削液作冷却润滑介质的钻削试验研究。为OoW切削液作冷却润滑介质的绿色切削技术的应用提供了基础。
　　从机理理论分析和试验结果来看，OoW切削液起到了良好的润滑作用。基于OoW技术准干式深孔加工系统作为清洁、有效的切削方式有着很大的应用前景。
　　本文创新点：
　　（1）首次在分析OoW切削液冷却润滑机理时，引入毛细管理论和化学吸附理论，并以此为依据对OoW切削液各组份所起的作用进行了详细分析。
　　（2）建立了准干式深孔加工系统喷射泵的数学模型，并根据数学模型对传统喷射泵结构提出了改造的方法。
　　（3）完整地构建了基于OoW技术的准干式深孔加工系统的实用物理模型。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 深孔加工技术与MQL技术国内外发展现状

1.3 本论文研究的内容

2 准干式深孔加工系统构建

2.1 基体系统

2.2 微量润滑方式的选择

2.3 排屑措施

2.4 准干式深孔加工系统的构建

2.5 本章小结

3 准干式深孔加工系统排屑特性分析

3.1 冷却润滑系统数学模型

3.2 准干式深孔系统分流比β

3.3 最佳截面比参数

3.4 喷嘴结构改进

3.5 准干式系统Oow切削液流道数值分析

3.6 本章小结

4 准干式深孔刀具技术研究

4.1 深孔刀具的评价指标

4.2 SIED刀具的优势

4.3 刀具的设计

4.4 SIED的序列化

4.5 本章小结

5 OoW切削液的润滑机理研究

5.1 切削液的润滑类型

5.2 切削液渗透模型

5.3 切削液边界润滑层模型

5.4 本章小结

6 基于OoW的准干式深孔钻削试验研究

6.1 试验方案

6.2 试验系统构建

6.3 试验条件

6.4 实验数据与结果分析

6.5 本章小结

7 结论及展望

7.1 本论文的重要结论

7.2 本论文的创新点

7.3 存在的问题（展望）

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢