油膜附水滴切削液喷雾冷却模拟与切削试验研究

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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更好的冷却润滑效果。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场进行仿真,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。在雾化仿真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,最后仿真结果显示: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0Cr18Ni9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的显著性。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。通过二次回归确立关于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。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
1.绪论第11-20页
    1.1 课题来源第11页
    1.2 新型加工技术研究背景及国内外发展现状第11-14页
        1.2.1 MQL技术发展第11-13页
        1.2.2 OoW技术发展第13-14页
    1.3 喷雾数值模拟技术国内外研究现状第14-17页
    1.4 传热数值模拟技术发展第17-18页
    1.5 本文主要研究内容第18-20页
2.喷嘴雾化的数值模拟第20-35页
    2.1 喷嘴雾化物理模型第20-22页
        2.1.1 喷嘴三维模型第20-21页
        2.1.2 喷嘴网格模型第21-22页
    2.2 喷嘴雾化数学模型第22-33页
        2.2.1 喷嘴内部流动数学模型第23-25页
        2.2.2 湍流模型第25-26页
        2.2.3 离散相模型第26-27页
        2.2.4 雾滴破碎模型第27-31页
        2.2.5 离散型与连续相之间的耦合第31-33页
    2.3 喷雾模拟的计算第33页
    2.4 本章小结第33-35页
3.喷嘴雾化及冷却仿真分析第35-61页
    3.1 不同边界条件下雾化仿真第35-36页
        3.1.1 喷嘴出入口边界条件第35-36页
        3.1.2 射流源与离散相边界条件设定第36页
    3.2 流体材料设置第36-37页
        3.2.1 喷嘴内部流体材料属性第36-37页
        3.2.2 颗粒材料属性第37页
    3.3 计算求解第37-38页
    3.4 喷嘴内部流场模拟结果第38-46页
        3.4.1 内部流场分析第38-43页
        3.4.2 内部流场各相分布特性第43-46页
    3.5 喷嘴外部雾化场模拟结果第46-55页
        3.5.1 计算过程第46-47页
        3.5.2 雾化场颗粒分布第47-49页
        3.5.3 液滴在雾化场内运动特性分布第49-54页
        3.5.4 单颗粒轨迹运动分析第54-55页
    3.6 喷雾冷却仿真模拟第55-60页
        3.6.1 换热壁面温度场分析第55-58页
        3.6.2 换热面液膜厚度分布第58-60页
    3.7 本章小结第60-61页
4.油膜附水滴切削实验研究第61-75页
    4.1 实验设备与试验方案第61-63页
        4.1.1 实验设备及参数第61-62页
        4.1.2 冷却润滑系统第62-63页
        4.1.3 实验条件第63页
    4.2 试验方法第63-66页
        4.2.1 响应曲面设计第64-65页
        4.2.2 二次曲面正交旋转组合设计与分析第65-66页
    4.3 0Cr18Ni9不锈钢切削试验结果第66-74页
        4.3.1 试验结果分析第67-68页
        4.3.2 RSM建模对切削力的分析第68-70页
        4.3.3 RSM建模对粗糙度的分析第70-71页
        4.3.4 粗糙度的优化第71-74页
    4.4 本章小结第74-75页
5.总结与展望第75-77页
    5.1 总结第75-76页
    5.2 展望第76-77页
参考文献第77-84页
攻读硕士学位期间研究成果第84-85页
致谢第85-86页
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