基于無機(jī)熱管冷卻的干切削刀具切削性能的研究.pdf

1、在傳統(tǒng)金屬切削加工過程中，為了減少切削熱對刀具及工件帶來的不利影響，目前普遍采用的方法是通過澆注切削液來對刀具和工件進(jìn)行冷卻。正確、合理地使用切削液能夠有效地改善我切削過程的摩擦潤滑狀態(tài)，降低切削力及切削溫度，此外，還能減小由于系統(tǒng)熱變形而產(chǎn)生的加工誤差。隨著綠色環(huán)保和節(jié)能減排的持續(xù)發(fā)展，切削液所產(chǎn)生的負(fù)面影響也越來越多，如對外部環(huán)境造成污染，對工人的身心健康產(chǎn)生危害，以及切削液的后續(xù)處理成本過高等問題。而現(xiàn)有的綠色切削技術(shù)發(fā)展還不夠完

2、善，存在著成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等諸多問題，未能得到廣泛的應(yīng)用。將無機(jī)熱管傳熱技術(shù)用于強(qiáng)化刀具的散熱，為刀具冷卻提供了一種新方法、新思路。無機(jī)熱管無需外加動力而自動實現(xiàn)熱量由蒸發(fā)段到冷凝段的快速傳導(dǎo)和消散，具有比普通熱管更強(qiáng)的導(dǎo)熱能力，其導(dǎo)熱系數(shù)約為普通熱管的8倍。
　　本文采用切削實驗和有限元模擬相結(jié)合的方法對無機(jī)熱管冷卻刀具的切削性能進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，對無機(jī)熱管和普通熱管進(jìn)行了傳熱性能測試的實驗，并對所

3、得的實驗結(jié)果進(jìn)行了對比。通過測試實驗可得：無論改變熱源溫度還是受熱段長度，無機(jī)熱管的啟動和達(dá)到熱平衡的速度均比普通熱管快，且穩(wěn)定溫度值要比普通熱管更接近于熱源溫度。根據(jù)無機(jī)熱管的傳熱機(jī)理，設(shè)計并制備?4mm、?5mm和?6mm三種不同直徑的無機(jī)熱管冷卻刀具和直徑?5mm的普通熱管冷卻刀具。
　　其次，進(jìn)行了原型刀具、普通熱管冷卻刀具和無機(jī)熱管冷卻刀具切削難加工材料鎳基高溫合金GH4169的切削實驗，并測量了不同實驗方案下刀具的切削

4、力和切削溫度。實驗結(jié)果表明：在相同切削參數(shù)下，各刀具的切削力相差不大，但無機(jī)熱管冷卻刀具各測溫點(diǎn)溫度相比于原型刀具和普通熱管冷卻刀具更低，而且工件已加工表面質(zhì)量更好。
　　最后，通過Advantedge FEM有限元軟件模擬PCBN刀具切削鎳基高溫合金GH4169的加工過程，并得到刀-屑接觸面熱流密度。建立了原型刀具、普通熱管及無機(jī)熱管冷卻刀具的三維有限元模型，將所得的熱流密度加載到模型的刀-屑接觸面，得到各刀具在不同方案下的溫度