论文题目: 水蒸汽作绿色冷却润滑剂的作用机理及切削试验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 刘俊岩
导师: 韩荣第
关键词: 绿色切削,毛细管,水蒸汽,作用机理,刀具磨损
文献来源: 哈尔滨工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 为了降低切削温度,延长刀具使用寿命,提高生产效率和表面质量,一般均使用切削液。然而切削液的性能越好,成本越高,对环境和工人的危害越大。随着人们的环保意识增强,环保法规日趋严格,切削液的负面影响不容忽视,绿色切削技术已成为21 世纪机械制造领域的焦点,成为各国研究的重点。水蒸汽作切削冷却润滑剂属一种新型绿色切削技术,水蒸汽具有廉价、无污染、无危害及勿回收等优点,因此对水蒸汽作绿色冷却润滑剂的切削技术进行深入系统研究,具有重要的理论意义和实用价值。在综述国内外绿色切削技术发展状况的基础上,首先对切削液渗透毛细管的动力学过程进行了研究。通过透明有机玻璃的切削试验,观察到了切削液渗透切削区毛细管过程的现象。基于此研究了切削液具有润滑作用的必要条件是切削液渗透毛细管的时间必须小于毛细管存在的时间, 即要有时间储备。并用Langmiuer 单层分子物理吸附理论和金属切削理论,探讨了切削液的物理特性对其渗透毛细管形成边界润滑层的影响,建立了刀—屑接触区的摩擦力模型。并提出了减小刀—屑接触摩擦力的有效方法,一是提高切削液的渗透性,二是降低形成边界润滑层的剪切强度。然后,对水蒸汽作切削冷却润滑剂的作用机理进行了研究。水蒸汽作切削冷却润滑剂是以气相填充毛细管的,由于取消了液相的渗入和蒸发阶段,大大缩短了填充毛细管的时间,提高了渗透性。又由于水蒸汽中的水分子及氧原子在毛细管部位产生了吸附,在新鲜的刀—屑表面上发生了化学反应,形成了具有减摩抗磨作用的氧化膜,从而减弱了刀屑间的摩擦作用,显然这是水蒸汽起到的润滑作用。水蒸汽射流具有较强的对流换热能力,这是水蒸汽的直接冷却作用; 另外,由于水蒸汽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。再然后进行了水蒸汽作冷却润滑剂的切削试验研究。试验结果表明:水蒸汽作冷却润滑剂切削45 钢时,主切削力比干切、压缩空气及乳化液分别减小约25—30%、15—20%、10—15%; 平均摩擦系数μ、变形系数Λh及表面粗糙度值Ra 均有减小。通过单因素试验找出了水蒸汽射流参数对主切削力、切削变形及加工表面变质层深度的影响规律。通过正交切削试验,获得了作用效果较佳的水蒸汽射流参数,为水蒸汽作冷却润滑剂的绿色切削技术的应用提供了科学依据。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 绿色切削技术的应用与发展
1.2.1 高速与超高速干式切削技术
1.2.2 绿色切削液的研制与开发
1.2.3 低污染与无污染绿色切削技术的应用与发展
1.3 水蒸汽作绿色冷却润滑剂切削技术的研究现状
1.4 课题的提出及主要研究内容
1.4.1 课题的提出
1.4.2 本文的主要研究内容
第2章 切削液渗透毛细管的动力学过程研究
2.1 引言
2.2 切削区毛细管的研究
2.3 切削液渗透切削区毛细管的动力学模型
2.3.1 切削区润滑特性的改善
2.3.2 切削液渗透毛细管动力学模型的建立
2.3.3 切削液具有润滑作用的必要条件
2.3.4 切削液渗透切削区毛细管动力学模型的分析与讨论
2.4 切削液形成边界润滑层的动力学分析
2.4.1 切削液形成的边界润滑模型
2.4.2 切削液形成边界润滑层动力学模型的建立
2.4.3 切削液渗透毛细管形成边界润滑层动力学模型的分析
2.5 切削液的渗透性及形成的边界润滑层对摩擦力的影响
2.6 本章小结
第3章 水蒸汽作切削冷却润滑剂的作用机理研究
3.1 引言
3.2 水蒸汽填充毛细管过程研究
3.2.1 水蒸汽射流中液滴半径变化的研究
3.2.2 水蒸汽填充毛细管速度的研究
3.3 水蒸汽作切削冷却润滑剂时边界润滑层的形成机理
3.3.1 水蒸汽对刀具/工件摩擦副摩擦系数的影响
3.3.2 水蒸汽边界润滑层的形成机理
3.4 水蒸汽作切削冷却润滑剂的冷却作用研究
3.4.1 水蒸汽对切削温度的影响
3.4.2 水蒸汽对切削温度分布的影响
3.5 本章小结
第4章 水蒸汽作切削冷却润滑剂的切削试验研究
4.1 引言
4.2 蒸汽发生器及供汽系统的研制
4.3 水蒸汽射流的温度与速度分布模拟
4.4 切削试验系统的组成及试验方法
4.5 单因素切削试验
4.5.1 试验结果
4.5.2 试验结果的分析与讨论
4.6 混合汽作切削冷却润滑剂的切削试验研究
4.7 水蒸汽射流参数影响作用效果的试验研究
4.7.1 喷嘴直径D 的影响
4.7.2 水蒸汽饱和压力Pa 的影响
4.7.3 冷却距离Lp 的影响
4.7.4 射流参数对加工表面变质层的影响
4.8 水蒸汽作切削冷却润滑剂的正交设计试验
4.9 本章小结
第5章 水蒸汽及其混合汽作冷却润滑剂的刀具磨损试验研究
5.1 引言
5.2 水蒸汽作冷却润滑剂的刀具磨损试验研究
5.2.1 水蒸汽作切削冷却润滑剂的刀具磨损试验
5.2.2 试验结果
5.3 混合汽作冷却润滑剂的后刀面磨损研究
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
致谢
个人简历
发布时间: 2006-04-10
参考文献
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