過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑的綠色切削相關技術研究.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)略的實施，綠色切削已成為機械加工領域的發(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，因而對過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑的綠色切削相關技術的研究，特別是在難加工材料切削中的應用研究，具有重

2、要的理論意義和廣闊的應用價值。
　　首先，在綜述綠色切削技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，研究了過熱水蒸氣作綠色冷卻潤滑劑的作用機理。根據(jù)刀-屑接觸區(qū)的毛細管假設理論及應力分布情況，提出了錐形毛細管模型和冷卻潤滑劑進入毛細管的空間條件，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，研制了試驗所需的關鍵設備——單機和多機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系統(tǒng)。
　　再后，用過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑，進行了切削45鋼的刀具磨損試驗研究，結果表明用過熱水蒸氣均比干切和乳化液時可減小刀具磨損。對前刀面上的粘結物成分和形狀的分析研

4、究，驗證了前述錐形毛細管的存在。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)驗公式中的指數(shù)和系數(shù)進行了分析研究。根據(jù)上述試驗結果，用綜合模糊評價法對過熱水蒸氣作切削冷卻潤滑劑的綠色性能進行了評價。
　　最后，為了用過熱水蒸氣作冷卻潤滑劑實現(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種材料進行了切削試驗。結果表明，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，還與工件材料的塑性、冷卻潤滑條件有關。前刀面也發(fā)現(xiàn)了錐形毛細管的痕跡。前刀面能譜分析的結果表明過