過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑的綠色切削相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、切削加工中多使用切削液來減小切削力和降低切削溫度，減小刀具磨損，提高表面質(zhì)量和加工效率。在難加工材料切削中，切削液中還會加入極壓添加劑，以提高切削液的性能。而切削液及極壓添加劑會危害人體健康，污染環(huán)境。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，綠色切削已成為機(jī)械加工領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和研究方向之一。過熱水蒸氣具有原料來源廣泛、制備使用無污染又無須回收處理等特點(diǎn)，因而對過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑的綠色切削相關(guān)技術(shù)的研究，特別是在難加工材料切削中的應(yīng)用研究，具有重

2、要的理論意義和廣闊的應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，在綜述綠色切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究了過熱水蒸氣作綠色冷卻潤滑劑的作用機(jī)理。根據(jù)刀-屑接觸區(qū)的毛細(xì)管假設(shè)理論及應(yīng)力分布情況，提出了錐形毛細(xì)管模型和冷卻潤滑劑進(jìn)入毛細(xì)管的空間條件，即冷卻潤滑劑的分子直徑必須小于錐形毛細(xì)管口直徑。根據(jù)邊界層理論，建立了過熱水蒸氣在錐形毛細(xì)管中的流速、流量及溫度分布的方程，分析研究了過熱水蒸氣在刀-屑接觸區(qū)的潤滑和冷卻作用。這些均為過熱水蒸氣作切削冷卻潤滑劑

3、的試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。
　　然后，為了研究過熱水蒸氣在切削過程中冷卻潤滑的作用效果，研制了試驗(yàn)所需的關(guān)鍵設(shè)備——單機(jī)和多機(jī)用過熱水蒸氣供氣系統(tǒng)，都由注水、加熱、控制和供氣等部分組成，產(chǎn)生的過熱水蒸氣壓力為0.2MPa，溫度為130℃。并搭建了車床上的切削試驗(yàn)系統(tǒng)。
　　再后，用過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑，進(jìn)行了切削45鋼的刀具磨損試驗(yàn)研究，結(jié)果表明用過熱水蒸氣均比干切和乳化液時(shí)可減小刀具磨損。對前刀面上的粘結(jié)物成分和形狀的分析研

4、究，驗(yàn)證了前述錐形毛細(xì)管的存在。通過用過熱水蒸氣及4種氣體作冷卻潤滑劑，對45鋼和奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的切削試驗(yàn)表明，過熱水蒸氣可減小切削變形和切削力、降低切削溫度、改善加工表面形貌并有助于斷屑，還對切削力和切削溫度經(jīng)驗(yàn)公式中的指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了分析研究。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，用綜合模糊評價(jià)法對過熱水蒸氣作切削冷卻潤滑劑的綠色性能進(jìn)行了評價(jià)。
　　最后，為了用過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑實(shí)現(xiàn)難加工材料的綠色切削，對較難加工的奧氏體

5、不銹鋼1Cr18Ni9Ti、難加工的鈦合金TC4和很難加工的鎳基高溫合金GH4169等3種材料進(jìn)行了切削試驗(yàn)。結(jié)果表明，過熱水蒸氣可減小切削變形和切削力、降低切削溫度、減小刀具磨損、提高刀具使用壽命、改善加工表面形貌、有助于斷屑。建立了切削力和切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式，并求得了泰勒(Taylor)公式中的指數(shù)和系數(shù)，其中T的指數(shù)不僅與刀具材料有關(guān)，還與工件材料的塑性、冷卻潤滑條件有關(guān)。前刀面也發(fā)現(xiàn)了錐形毛細(xì)管的痕跡。前刀面能譜分析的結(jié)果表明過