油膜附水滴切削液霧化機理理論分析及其實驗研究.pdf

1、在機械加工中，為了降低切削溫度，延長刀具使用壽命，提高生產(chǎn)效率和表面質量，一般均要使用切削液。然而切削液的使用也帶來了負面影響，如對環(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環(huán)境資源的破壞，越來越引起人們的重視，政府制定了相關的政策，使得越來越多的制造企業(yè)減少或不使用切削液。因此，越來越多的新式的無危害的綠色切削技術成為21世紀機械制造領域的焦點。微量油膜附水滴切削液屬于一種新型綠色切削加工技術，利用壓縮空氣的

2、強力作用，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、無污染、無公害及勿回收等優(yōu)點，因此對微量油膜附水滴切削加工技術進行深入研究，具有重要的理論意義和實用價值。
　?。?）本文對油膜附水滴（OoW）切削液機理理論進行了深入研究。
　　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行了油膜附水滴形成機理研究，確定了油膜附水滴切削液使用的油為高動粘度菜油；

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）對旋轉氣流中的圓柱形粘性液體射流作了普遍三維擾動下的穩(wěn)定性分析，推導了旋轉氣流中圓柱射流自由表面小擾動發(fā)展的特征方程，并結合復分析首次用隱函數(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的發(fā)展及各作用力的相對強弱來分析射流的分裂霧化現(xiàn)象的異同及其力學原因，提出以T W Q=/這一e e新的無量綱參數(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模態(tài)的特性：在T e1>的范圍內(nèi)，射流自由表面軸對稱擾動占絕對優(yōu)勢，為最不穩(wěn)定的擾動模態(tài)。在T e1<的范圍內(nèi)，射流自由表面出現(xiàn)非軸對稱擾動，其增長率隨的減小T e而逐漸加強，最終成為最不穩(wěn)定的擾動模態(tài)，而且當T e1<<時，射流自由表面同時存在多種擾動強度處于同一量級的不同角向模數(shù)的非軸對稱擾動，從線性理論的角度形成射流分裂霧化機理的統(tǒng)一理論。
　?。?）在噴嘴的結構設計中引入齊次變換，使相貫線方程

5、的構建變得簡單快捷。并建立了由噴嘴結構參數(shù)確定的噴口過流斷面面積的表達式，噴嘴流量特性和結構參數(shù)間的關系表達式，噴口特征尺寸的表達式。在此基礎上改進了油膜附水滴多功能供液裝置的關鍵零件特殊多段式噴嘴。
　　（3）采用改進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)控加工中心上進行了油膜附水滴（OoW）切削液作切削冷卻潤滑劑時的冷卻潤滑實驗，實驗效果良好。
　　1）車削實驗結果表明：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，三個方向的切削力均要小，而且采用對刀具后刀面進行噴射時，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，在對刀具的耐用度的研究中，對45碳素結構鋼切削時，后刀面噴射時的刀具壽命分別是干切削、乳化液切削時的1.57倍、1.46倍。對1Cr18Ni9Ti不銹鋼切削時，后刀面噴射時的刀具壽命分別是干切削、乳化液切削時的1.54倍、1.14倍；在對加工表面質量的研究中，微量油膜附水滴同

7、樣能夠起到降低表面粗糙度的效果，使工件表面質量得到提高。
　　2）磨削和加工中心實驗結果表明：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。在磨削深度1μm、總磨削量30μm時所測的磨削力的結果（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。
　　從機理理論分析和實驗效果來看，微量油膜附水滴中的油膜起到了良好

8、的潤滑作用，同時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)中推廣與普及應用，并可實現(xiàn)對生產(chǎn)企業(yè)傳統(tǒng)加工方法的全面改造及機床產(chǎn)品的升級換代,對美化環(huán)境、科技進步、經(jīng)濟建設和社會發(fā)展，都將產(chǎn)生極大的推動作用。因此，油膜附水滴切削液的研究不僅具有直接的經(jīng)濟效益、社會效