准干式深孔加工系统及其冷却润滑机理研究

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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。它通过复合喷雾装置使用高压冷空气和油的表面张力将微量可自然降解油剂(植物油和酯油)以及少量水,形成油膜包覆水滴的雾状切削液。OoW技术廉价、无污染、无公害及勿需回收,因此对OoW技术在深孔钻削中的应用进行深入研究,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)通过对国内外绿色切削技术的深入分析,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,由于没有液相的渗入和蒸发阶段,填充毛细管的时间大大缩短,提高了切削液渗透性。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,金属皂膜具有减摩抗磨作用的,从而降低了刀-屑间的摩擦系数。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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