新綠色切削冷卻潤(rùn)滑劑作用機(jī)理及其應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著航空、航天、艦船、電站設(shè)備等工業(yè)的發(fā)展，鈦合金TC4和鎳基高溫合金GH4169的應(yīng)用日益增多，但TC4和GH4169的切削加工性差，常采用切削液，甚至加入極壓添加劑，以減小切削力，降低切削溫度，減小刀具磨損，提高表面質(zhì)量和加工效率。而傳統(tǒng)的切削液及極壓添加劑會(huì)污染環(huán)境、危害人體健康，不符合綠色制造的要求。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，綠色切削已成為機(jī)械加工領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向之一。電離空氣和水蒸汽具有原料來(lái)源廣泛、制備使用無(wú)污染又無(wú)

2、須回收處理等特點(diǎn)，是新型的切削冷卻潤(rùn)滑劑，因而對(duì)電離空氣和水蒸汽作冷卻潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理及綠色切削相關(guān)技術(shù)的研究，特別在難加工材料切削中的應(yīng)用研究，具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，在綜述難加工材料綠色切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究了氣體作冷卻潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理。基于吸附理論建立了氣體在毛細(xì)管壁的吸附動(dòng)力學(xué)模型，采用熱力學(xué)分析并結(jié)合掃描電鏡（SEM）、能譜分析（EDS）及X射線光電子能譜（XPS）檢測(cè)研究了刀屑接觸區(qū)邊界

3、潤(rùn)滑層的形成機(jī)理，并用摩擦試驗(yàn)驗(yàn)證了氣體作冷卻潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用效果。通過(guò)表面冷卻試驗(yàn)表明液體在高溫表面冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣膜，影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，驗(yàn)證了毛細(xì)管微滴爆炸模型的正確性，為氣體作冷卻潤(rùn)滑劑提供了理論依據(jù)，認(rèn)為氣體作冷卻潤(rùn)滑劑不僅有射流的直接冷卻作用，還有在切削區(qū)形成潤(rùn)滑層減小摩擦的間接冷卻作用。
　　然后，將電離空氣作冷卻潤(rùn)滑劑應(yīng)用在典型難加工材料鈦合金TC4和鎳基高溫合金GH4169的車(chē)削中。研制了試驗(yàn)所需的關(guān)鍵設(shè)備，即電

4、離空氣供氣系統(tǒng)，并搭建了車(chē)床上的切削試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果表明電離空氣可減小切削力、降低切削溫度、減小刀具磨損、提高刀具使用壽命、改善加工表面形貌，建立了切削力和切削溫度的經(jīng)驗(yàn)公式并對(duì)其指數(shù)和系數(shù)進(jìn)行了分析；通過(guò)刀具磨損試驗(yàn)得到了刀具壽命曲線及泰勒公式。
　　再后，進(jìn)行了新綠色冷卻潤(rùn)滑劑即電離空氣和水蒸汽條件下的鈦合金TC4銑削試驗(yàn)，研制了銑削快速落刀裝置，獲得了鈦合金TC4的銑屑根，為研究TC4的銑屑形成過(guò)程提供了重要依據(jù)。為研究銑

5、削力和銑削溫度，基于斜角切削理論建立了力和溫度的理論模型，用有限元方法對(duì)銑削力和銑削溫度進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明：電離空氣和水蒸汽可減小銑屑變形和銑削力、降低銑削溫度、加工表面粗糙度減小、刀具使用壽命提高；銑削力和銑削溫度的計(jì)算值、仿真值與試驗(yàn)值較吻合，說(shuō)明理論模型是有效的。
　　最后，用電離空氣和水蒸汽做冷卻潤(rùn)滑劑對(duì)鎳基高溫合金GH4169進(jìn)行了銑削試驗(yàn),獲取了銑屑根，得到了銑屑變形、銑削力、銑削溫度和刀具磨損。結(jié)果表明：電離空氣和