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最小量润滑(Minimum Quantity Lubrication,简称MQL)技术是当今世界最热门的绿色加工技术之一,具有卓越的使用效果和广阔的应用前景。随着当今世界对环境保护、低碳低耗和可持续发展的呼声越来越高,MQL等绿色加工技术必将成为将来制造业的主流。
本文在国内外研究成果的基础上,采用理论建模、FLUENT软件仿真和试验分析相结合的方法,通过对车削加工区域的流场特性研究,揭示了MQL加工技术的某些作用机理和内部规律。本文研究内容主要有以下几个方面:
(1)介绍了MQL加工技术的定义、分类、研究范畴和研究意义。构建了MQL系统,具体介绍了MQL系统中供液系统、切削液和雾液回收系统的情况。
(2)利用FLUENT数值分析软件模拟了工件在空气中旋转的流场形态,模拟了干车削、传统浇注式车削、MQL外圆正交车削、MQL切槽加工和MQL三维外圆车削流场形态和MQL车削的喷雾过程,比较了各切削流场形态和喷雾过程的异同点和相关特性。
(3)根据车削流场模拟结果定义了车削负压力梯度区现象,对负压力梯度区流场进行了理论建模分析,推导了流场负压力梯度公式;分析了车削负压力梯度区流场对金属加工中切削液渗透过程的影响,并设计车削试验证明了上述影响具有积极意义。
(4)模拟了影响干车削负压力梯度区流场的三个因素,并通过楔形负压力梯度区压强检测试验验证了上述部分结论;分析了MQL供气压力对楔形负压力梯度区流场和切削液滴运动的影响;分析了MQL喷雾距离对楔形负压力梯度区流场的影响,通过雾化特性的PDA试验验证了最佳的喷雾距离。针对上述流场变化影响因素,提出了流场控制的措施。
本研究在国家自然科学基金(50675088,51075192)支持下开展进行。本研究工作进一步丰富和发展了MQL切削理论,进一步拓宽了MQL技术的研究道路,具有一定的理论和实际应用价值。