霧化冷卻切削效果的實驗及仿真研究.pdf

1、高溫合金GH4169在航空、航天、能源、化工等工業(yè)部門獲得了廣泛的應用，但它的切削加工性能差，日益廣泛的應用與切削加工性能差的矛盾越來越突出，迫切需要解決這一技術難題。傳統(tǒng)方法加工這些材料時常使用添加硫、氯、磷元素的極壓切削液，但會污染環(huán)境，危害工人的健康，因此迫切需要尋求一種具有綠色功能且冷卻潤滑性能好的切削冷卻方法。低溫氣體霧化射流冷卻集低溫氣、液兩相射流與充分汽化的強化換熱優(yōu)勢，充分發(fā)揮冷卻介質的換熱潛力以獲得最佳的強化換熱冷卻效

2、果，因此該方法是一種綠色的、無污染的、高效的切削冷卻方法。 探討了低溫氣體霧化射流冷卻高溫表面的換熱機理，以池內膜態(tài)沸騰為基礎，將低溫氣液兩相流的霧滴顆粒的沖擊作為一種擾動，對噴霧冷卻過程進行了建模，討論了低溫氣液兩相流對高溫表面的傳熱系數，著重分析了水流密度對噴霧冷卻換熱系數的影響。當水流密度小于試件高溫表面所能汽化的水流量時，噴霧冷卻換熱系數隨水流量的增加而增加；當水流密度大于試件高溫表面所能汽化的水流量時，噴霧冷卻換熱系數

3、隨水流量的增加而減少。 對霧化射流冷卻實驗系統(tǒng)進行了創(chuàng)新性改進，改進后的系統(tǒng)包括低溫氣體霧化射流發(fā)生系統(tǒng)、試件加熱系統(tǒng)和試件表面溫度采集系統(tǒng)。在此實驗平臺基礎上，采用正交試驗進行了低溫氣體霧化射流冷卻方式對鎳基高溫合金（GH4169）試件表面溫度的冷卻效果實驗，通過對實驗結果的分析，得出了最佳冷卻方案，并進行了實驗驗證。 應用商業(yè)有限元軟件Deform-2D，進行了GH4169鎳基高溫合金正交切削的有限元模擬，重點考察了

4、換熱系數的改變對材料切削性能的影響。仿真結果表明：本研究采用的低溫冷風射流霧化冷卻方式相對于其它冷卻方式有明顯的優(yōu)越性，且換熱系數越大，對切削區(qū)降溫效果越明顯。本文還進行了不同材料在其它切削參數不變的情況下，僅僅改變換熱系數進行仿真切削的單因素研究。 仿真結果表明：在不同的試件端面溫度下，有其相應的最佳冷卻方式，且隨著材料切削性能的降低，換熱系數的變化對切削區(qū)刀具平均溫度的影響增大；材料相對加工性 值越小，換熱系數越大，對切削區(qū)