油膜附水滴绿色切削液雾化机理仿真及其切削性能试验研究
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随着社会的发展和科学技术的进步,人们对环保的认识越来越深入,对环保的要求越来越高。国家也相应地出台了很多法律法规来保护环境。为了满足日益提高的环保要求,制造行业也不得不改变传统的切削加工方式,推广绿色制造技术的应用。油膜附水滴冷却润滑技术是一种新兴的绿色制造技术。它使用水作为冷却介质,使用可自然降解的植物油作为润滑介质。在高压高速空气的作用下,油和水经过充分雾化和混合形成油膜附水滴切削液。油膜附水滴切削液油和水的消耗量很少,但其冷却润滑效果却非常显著,是一种应用前景非常广阔的绿色制造技术。本文在流体力学、流体雾化理论和喷嘴设计理论的基础上设计了一款多段式油膜附水滴复合雾化喷嘴。应用Fluent软件对喷嘴的内部流场进行了仿真和分析,结果显示喷嘴的结构可以增大流体的压强和相对速度,有利于射流的破裂和雾化。仿真结果表明本文所设计的多段式复合雾化喷嘴的雾化效果良好。最后,我们对油膜附水滴冷却润滑技术车削加工45#钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢和45#调质钢的切削加工性能进行了试验研究。试验结果表明,在车削加工45#钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢时,与其他冷却润滑方式相比,切削力有明显的下降,加工表面质量有明显的提高;车削加工45#调质钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢时,与其他冷却润滑方式相比,刀具的磨损量明显减小,刀具的耐用度明显增加;在车削加工45#钢、45#调质钢时,与其他冷却润滑方式相比,切屑无明显颜色变化。综上所述,油膜附水滴冷却润滑技术可以有效减少切削热的生成,并能够及时将切削区的热量释放,具有良好的冷却润滑效果。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5-6页 |
第一章 绪论 | 第11-22页 |
1.1 课题来源 | 第11页 |
1.2 课题研究的背景及意义 | 第11-13页 |
1.3 绿色制造技术的发展和应用 | 第13-16页 |
1.3.1 干切削加工技术 | 第13-14页 |
1.3.2 微量润滑技术 | 第14-15页 |
1.3.3 液氮冷却润滑技术 | 第15-16页 |
1.4 油膜附水滴冷却润滑技术发展与应用 | 第16-18页 |
1.5 流体雾化机理与雾化喷嘴设计理论发展与研究 | 第18-20页 |
1.5.1 流体雾化机理发展与研究 | 第18-19页 |
1.5.2 雾化喷嘴设计理论发展与研究 | 第19-20页 |
1.6 本文主要研究内容 | 第20-22页 |
第二章 流体雾化理论与油膜附水滴形成机理研究 | 第22-34页 |
2.1 流体雾化机理 | 第22-26页 |
2.1.1 流体雾化破碎模型 | 第22-24页 |
2.1.2 流体雾化理论 | 第24-26页 |
2.2 油膜附水滴切削液形成机理研究 | 第26-29页 |
2.2.1 油膜附水滴的形成机理 | 第26-28页 |
2.2.2 油膜附水滴的形成效果 | 第28-29页 |
2.3 油膜附水滴切削液冷却润滑机理研究 | 第29-32页 |
2.3.1 油膜附水滴切削液润滑机理 | 第30-32页 |
2.3.2 油膜附水滴切削液冷却机理 | 第32页 |
2.4 本章小结 | 第32-34页 |
第三章 油膜附水滴雾化喷嘴结构设计 | 第34-46页 |
3.1 喷嘴结构设计 | 第34-38页 |
3.2 喷嘴雾化过程 | 第38页 |
3.3 雾化喷嘴设计方法 | 第38-44页 |
3.3.1 Y 型雾化喷嘴设计方法 | 第38-41页 |
3.3.2 内混式雾化喷嘴设计方法 | 第41-44页 |
3.4 雾化喷嘴参数计算 | 第44-45页 |
3.4.1 Y 型雾化喷嘴参数计算 | 第44页 |
3.4.2 内混式雾化喷嘴参数计算 | 第44-45页 |
3.5 本章小结 | 第45-46页 |
第四章 油膜附水滴雾化喷嘴雾化效果仿真分析 | 第46-64页 |
4.1 Fluent 软件简介 | 第46-49页 |
4.1.1 Fluent 软件的组成 | 第46-47页 |
4.1.2 Fluent 的数值技术 | 第47-48页 |
4.1.3 Fluent 的物理模型 | 第48-49页 |
4.2 Y 型雾化喷嘴的雾化效果仿真 | 第49-56页 |
4.2.1 仿真前处理 | 第49-50页 |
4.2.2 计算求解 | 第50-52页 |
4.2.3 仿真结果分析 | 第52-56页 |
4.3 内混式雾化喷嘴的雾化效果仿真 | 第56-62页 |
4.3.1 仿真前处理 | 第56-57页 |
4.3.2 计算求解 | 第57-60页 |
4.3.3 仿真结果分析 | 第60-62页 |
4.4 本章小结 | 第62-64页 |
第五章 油膜附水滴切削液的切削加工性能研究 | 第64-87页 |
5.1 实验装置及设备 | 第64-70页 |
5.1.1 车削加工机床 | 第64-65页 |
5.1.2 切削力测量系统 | 第65-67页 |
5.1.3 油膜附水滴发生装置 | 第67-68页 |
5.1.4 超景深三维显微系统(KEYENCE VHX-600) | 第68-69页 |
5.1.5 粗糙度轮廓测试仪 | 第69-70页 |
5.2 切削加工 45 | 第70-75页 |
5.2.1 试验研究 | 第70-72页 |
5.2.2 试验结果及分析 | 第72-75页 |
5.2.3 结论 | 第75页 |
5.3 切削加工 1Cr18Ni9Ti 不锈钢性能研究 | 第75-80页 |
5.3.1 试验研究 | 第75-76页 |
5.3.2 试验结果与分析 | 第76-80页 |
5.3.3 结论 | 第80页 |
5.4 切削加工 45 | 第80-85页 |
5.4.1 试验研究 | 第80-81页 |
5.4.3 试验结果与分析 | 第81-85页 |
5.4.4 结论 | 第85页 |
5.5 本章小结 | 第85-87页 |
第六章 结论与展望 | 第87-89页 |
6.1 结论 | 第87-88页 |
6.2 展望 | 第88-89页 |
参考文献 | 第89-95页 |
攻读硕士学位期间研究成果 | 第95-96页 |
致谢 | 第96-97页 |
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