油膜附水滴切削液霧化機(jī)理理論分析及其實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在機(jī)械加工中，為了降低切削溫度，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，一般均要使用切削液。然而切削液的使用也帶來(lái)了負(fù)面影響，如對(duì)環(huán)境的污染、工人健康的危害以及加工成本的增加。目前切削加工中切削液對(duì)環(huán)境資源的破壞，越來(lái)越引起人們的重視，政府制定了相關(guān)的政策，使得越來(lái)越多的制造企業(yè)減少或不使用切削液。因此，越來(lái)越多的新式的無(wú)危害的綠色切削技術(shù)成為21世紀(jì)機(jī)械制造領(lǐng)域的焦點(diǎn)。微量油膜附水滴切削液屬于一種新型綠色切削加工技術(shù)，利用壓縮空氣的

2、強(qiáng)力作用，使自然可降解植物油和少量水在特殊多段式噴嘴中，形成微量的油膜附水滴切削加工液，該切削液具有廉價(jià)、無(wú)污染、無(wú)公害及勿回收等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)微量油膜附水滴切削加工技術(shù)進(jìn)行深入研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　?。?）本文對(duì)油膜附水滴（OoW）切削液機(jī)理理論進(jìn)行了深入研究。
　　1）油膜附水滴（OoW）切削液形成油膜附水滴所用的植物油和酯油進(jìn)行了油膜附水滴形成機(jī)理研究，確定了油膜附水滴切削液使用的油為高動(dòng)粘度菜油；

3、r>　　2）油膜附水滴（OoW）切削液霧化噴嘴的性能分析和射流理論研究；
　　3）對(duì)旋轉(zhuǎn)氣流中的圓柱形粘性液體射流作了普遍三維擾動(dòng)下的穩(wěn)定性分析，推導(dǎo)了旋轉(zhuǎn)氣流中圓柱射流自由表面小擾動(dòng)發(fā)展的特征方程，并結(jié)合復(fù)分析首次用隱函數(shù)存在定理證明了該方程解的存在性和唯一性。根據(jù)射流自由表面上小擾動(dòng)的發(fā)展及各作用力的相對(duì)強(qiáng)弱來(lái)分析射流的分裂霧化現(xiàn)象的異同及其力學(xué)原因，提出以T W Q=/這一e e新的無(wú)量綱參數(shù)作為區(qū)分分裂模態(tài)與霧化模態(tài)的判據(jù)

4、，該參數(shù)表征了射流自由表面擾動(dòng)模態(tài)的特性：在T e1>的范圍內(nèi)，射流自由表面軸對(duì)稱擾動(dòng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為最不穩(wěn)定的擾動(dòng)模態(tài)。在T e1<的范圍內(nèi)，射流自由表面出現(xiàn)非軸對(duì)稱擾動(dòng)，其增長(zhǎng)率隨的減小T e而逐漸加強(qiáng)，最終成為最不穩(wěn)定的擾動(dòng)模態(tài)，而且當(dāng)T e1<<時(shí)，射流自由表面同時(shí)存在多種擾動(dòng)強(qiáng)度處于同一量級(jí)的不同角向模數(shù)的非軸對(duì)稱擾動(dòng)，從線性理論的角度形成射流分裂霧化機(jī)理的統(tǒng)一理論。
　?。?）在噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入齊次變換，使相貫線方程

5、的構(gòu)建變得簡(jiǎn)單快捷。并建立了由噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的噴口過(guò)流斷面面積的表達(dá)式，噴嘴流量特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系表達(dá)式，噴口特征尺寸的表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了油膜附水滴多功能供液裝置的關(guān)鍵零件特殊多段式噴嘴。
　　（3）采用改進(jìn)后的多功能供液裝置和特殊多段式噴嘴，在車床、磨床和數(shù)控加工中心上進(jìn)行了油膜附水滴（OoW）切削液作切削冷卻潤(rùn)滑劑時(shí)的冷卻潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果良好。
　　1）車削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：使用微量油膜附水滴切削液比在干切削、

6、乳化液切削條件下，三個(gè)方向的切削力均要小，而且采用對(duì)刀具后刀面進(jìn)行噴射時(shí)，這種效果更明顯；切削液的冷卻作用，有效地帶走了切削熱，降低了切削溫度，能提高刀具的耐用度，在對(duì)刀具的耐用度的研究中，對(duì)45碳素結(jié)構(gòu)鋼切削時(shí)，后刀面噴射時(shí)的刀具壽命分別是干切削、乳化液切削時(shí)的1.57倍、1.46倍。對(duì)1Cr18Ni9Ti不銹鋼切削時(shí)，后刀面噴射時(shí)的刀具壽命分別是干切削、乳化液切削時(shí)的1.54倍、1.14倍；在對(duì)加工表面質(zhì)量的研究中，微量油膜附水滴同

7、樣能夠起到降低表面粗糙度的效果，使工件表面質(zhì)量得到提高。
　　2）磨削和加工中心實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所有的油膜附水滴加工液與乳化液相比，水平銑削力減少約30％；而被加工表面粗糙度值大體相當(dāng)。在磨削深度1μm、總磨削量30μm時(shí)所測(cè)的磨削力的結(jié)果（磨削寬度30毫米）：油膜附水滴加工液的磨削力最小，大約減少30%。油膜附水滴加工液可使被磨工件能獲得較低的表面粗糙度值。
　　從機(jī)理理論分析和實(shí)驗(yàn)效果來(lái)看，微量油膜附水滴中的油膜起到了良好

8、的潤(rùn)滑作用，同時(shí)切削液的水滴吸收了大量的切削熱，降低了切削加工區(qū)的表面溫度，減小了刀具磨損，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命，抑制了積屑瘤和鱗刺的形成，降低了工件表面的表面粗糙度。微量油膜附水滴切削液是對(duì)傳統(tǒng)切削液的巨大挑戰(zhàn)，其研究成果將可在制造業(yè)中推廣與普及應(yīng)用，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)企業(yè)傳統(tǒng)加工方法的全面改造及機(jī)床產(chǎn)品的升級(jí)換代,對(duì)美化環(huán)境、科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，都將產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用。因此，油膜附水滴切削液的研究不僅具有直接的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效