本文關(guān)鍵詞：基于無機(jī)熱管冷卻的干切削刀具切削性能的研究

  更多相關(guān)文章： 無機(jī)熱管 GH4169高溫合金 自冷卻刀具 干切削

【摘要】：在傳統(tǒng)金屬切削加工過程中,為了減少切削熱對(duì)刀具及工件帶來的不利影響,目前普遍采用的方法是通過澆注切削液來對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻。正確、合理地使用切削液能夠有效地改善我切削過程的摩擦潤滑狀態(tài),降低切削力及切削溫度,此外,還能減小由于系統(tǒng)熱變形而產(chǎn)生的加工誤差。隨著綠色環(huán)保和節(jié)能減排的持續(xù)發(fā)展,切削液所產(chǎn)生的負(fù)面影響也越來越多,如對(duì)外部環(huán)境造成污染,對(duì)工人的身心健康產(chǎn)生危害,以及切削液的后續(xù)處理成本過高等問題。而現(xiàn)有的綠色切削技術(shù)發(fā)展還不夠完善,存在著成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等諸多問題,未能得到廣泛的應(yīng)用。將無機(jī)熱管傳熱技術(shù)用于強(qiáng)化刀具的散熱,為刀具冷卻提供了一種新方法、新思路。無機(jī)熱管無需外加動(dòng)力而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱量由蒸發(fā)段到冷凝段的快速傳導(dǎo)和消散,具有比普通熱管更強(qiáng)的導(dǎo)熱能力,其導(dǎo)熱系數(shù)約為普通熱管的8倍。本文采用切削實(shí)驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法對(duì)無機(jī)熱管冷卻刀具的切削性能進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下:首先,對(duì)無機(jī)熱管和普通熱管進(jìn)行了傳熱性能測試的實(shí)驗(yàn),并對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。通過測試實(shí)驗(yàn)可得:無論改變熱源溫度還是受熱段長度,無機(jī)熱管的啟動(dòng)和達(dá)到熱平衡的速度均比普通熱管快,且穩(wěn)定溫度值要比普通熱管更接近于熱源溫度。根據(jù)無機(jī)熱管的傳熱機(jī)理,設(shè)計(jì)并制備?4mm、?5mm和?6mm三種不同直徑的無機(jī)熱管冷卻刀具和直徑?5mm的普通熱管冷卻刀具。其次,進(jìn)行了原型刀具、普通熱管冷卻刀具和無機(jī)熱管冷卻刀具切削難加工材料鎳基高溫合金GH4169的切削實(shí)驗(yàn),并測量了不同實(shí)驗(yàn)方案下刀具的切削力和切削溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在相同切削參數(shù)下,各刀具的切削力相差不大,但無機(jī)熱管冷卻刀具各測溫點(diǎn)溫度相比于原型刀具和普通熱管冷卻刀具更低,而且工件已加工表面質(zhì)量更好。最后,通過Advantedge FEM有限元軟件模擬PCBN刀具切削鎳基高溫合金GH4169的加工過程,并得到刀-屑接觸面熱流密度。建立了原型刀具、普通熱管及無機(jī)熱管冷卻刀具的三維有限元模型,將所得的熱流密度加載到模型的刀-屑接觸面,得到各刀具在不同方案下的溫度場分布,提取四測溫點(diǎn)的溫度,與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。并對(duì)原型刀具、普通熱管及無機(jī)熱管冷卻刀具各測溫點(diǎn)溫度進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)普通熱管及無機(jī)熱管冷卻刀具各點(diǎn)溫度均要明顯低于原型刀具,且無機(jī)熱管冷卻刀具的散熱能力比普通熱管冷卻刀具更強(qiáng)。
【關(guān)鍵詞】：無機(jī)熱管 GH4169高溫合金 自冷卻刀具 干切削
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG71;TG501
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題研究的背景及意義9-10
• 1.2 刀具冷卻技術(shù)的研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 液氮冷卻技術(shù)10-11
• 1.2.2 噴霧冷卻技術(shù)11
• 1.2.3 低溫風(fēng)冷切削技術(shù)11-12
• 1.2.4 氣體氛圍冷卻及水蒸氣冷卻技術(shù)12-13
• 1.2.5 靜電冷卻干式切削技術(shù)13-14
• 1.2.6 熱管刀具散熱技術(shù)14-15
• 1.3 無機(jī)傳熱技術(shù)15-19
• 1.3.1 無機(jī)熱傳導(dǎo)元件的應(yīng)用優(yōu)勢16
• 1.3.2 無機(jī)傳熱技術(shù)應(yīng)用前景16-17
• 1.3.3 無機(jī)傳熱管的應(yīng)用原理17-19
• 1.4 課題的來源及主要研究內(nèi)容19-20
• 1.4.1 課題的來源19
• 1.4.2 課題的主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 無機(jī)熱管冷卻刀具的設(shè)計(jì)與制備20-26
• 2.1 無機(jī)熱管的性能測試20-23
• 2.2 無機(jī)熱管自冷卻刀具的設(shè)計(jì)23-25
• 2.2.1 熱管刀具設(shè)計(jì)原則23-24
• 2.2.2 無機(jī)熱管刀具設(shè)計(jì)24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 無機(jī)熱管冷卻的干切削刀具的切削性能研究26-45
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測量方法26-30
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備26-28
• 3.1.2 切削力測量設(shè)備和測量方法28-29
• 3.1.3 人工熱電偶測溫設(shè)備和測量方法29-30
• 3.2 切削實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)30-32
• 3.2.1 切削用量的選擇30-31
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方案31-32
• 3.3 測量實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析32-37
• 3.3.1 切削力測量結(jié)果與分析33-34
• 3.3.2 切削溫度測量結(jié)果與分析34-37
• 3.4 加工表面質(zhì)量研究37-43
• 3.4.1 殘余應(yīng)力研究37-39
• 3.4.2 切屑形態(tài)研究39-40
• 3.4.3 加工表面形貌分析40-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第4章 無機(jī)熱管強(qiáng)化刀具散熱效果的分析45-59
• 4.1 無機(jī)熱管自冷卻刀具的有限元建模45-47
• 4.1.1 幾何模型的建立45
• 4.1.2 物理模型的建立45-46
• 4.1.3 網(wǎng)格劃分46-47
• 4.2 刀具切削溫度場求解的初始條件和邊界條件47-48
• 4.2.1 初始條件47
• 4.2.2 刀具元件接觸換熱的邊界條件47
• 4.2.3 無機(jī)熱管冷端與大氣換熱的邊界條件47-48
• 4.2.4 刀具表面與空氣換熱的邊界條件48
• 4.3 刀-屑接觸面熱流密度的求解48-53
• 4.3.1 材料的本構(gòu)模型48-49
• 4.3.2 切屑分離斷裂49-50
• 4.3.3 刀屑接觸與摩擦50-51
• 4.3.4 基于ADVANTEDGE二維切削有限元模型的建立51
• 4.3.5 ADVANTEDGE有限元模型51-53
• 4.4 刀具的切削溫度場的求解結(jié)果53-58
• 4.4.1 原型刀具和無機(jī)熱管冷卻刀具的切削溫度場54-56
• 4.4.2 普通熱管刀具的切削溫度場56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 總結(jié)與展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 致謝64-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)的學(xué)術(shù)成果及獲得的獎(jiǎng)勵(lì)65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張根保;尉紅軍;張博;;低溫冷風(fēng)射流技術(shù)在滾齒加工中應(yīng)用的試驗(yàn)研究[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2010年05期

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本文編號(hào)：1005734