【摘 要】
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微量润滑技术(Minimum quantity lubrication,MQL)是一种先进的绿色加工技术,该技术能有效减少切削液的使用并改善切削加工环境,降低切削温度,延长刀具寿命,提高工件表面质量。MQL技术能否有效发挥作用,关键在于雾化后的油滴能否准确有效的送达切削区域。空气压力和润滑液流量会影响喷嘴雾化液滴速度和直径分布,而喷嘴位置会影响雾化液滴进入切削区域的运动轨迹和覆盖面积。车削加工中,
【基金项目】
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四川省科技厅重点研发项目:“基于专家系统的智能微量润滑系统研究(2019YFG0358)”;
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微量润滑技术(Minimum quantity lubrication,MQL)是一种先进的绿色加工技术,该技术能有效减少切削液的使用并改善切削加工环境,降低切削温度,延长刀具寿命,提高工件表面质量。MQL技术能否有效发挥作用,关键在于雾化后的油滴能否准确有效的送达切削区域。空气压力和润滑液流量会影响喷嘴雾化液滴速度和直径分布,而喷嘴位置会影响雾化液滴进入切削区域的运动轨迹和覆盖面积。车削加工中,不同的变形区产生热量不同,刀具磨损情况不同,需要的冷却润滑条件也不同。因此分析润滑参数对刀具磨损和表面质量的影响,优化润滑参数组合,对有效提高MQL冷却润滑性能具有重要意义。本文分析了雾化冷却换热及毛细管理论,确定空气压力、润滑液流量和喷嘴位置对冷却润滑性能的重要影响,并利用CFD技术分析双喷嘴系统润滑参数对微量润滑流场的影响。分析结果表明,液滴平均直径和最大速度主要受到空气压力差的影响,受冷却液流量差、喷嘴距离和喷嘴角度的影响很小。加工区域液滴速度和液滴覆盖范围随气压差的增大而增大,随着喷嘴距离和喷嘴角度的增大而减小。气压差绝对值相同时,后刀面气压越高,液滴运动受到阻碍越大。设计了气压差和流量差的单因素实验方案,搭建了双喷嘴车削实验平台,以AISI304不锈钢为加工材料,分析了气压差和流量差对刀具磨损、工件表面质量和刀具振动的影响。实验结果表明,在后刀面磨损相差不大的情况下,气压差为-0.1MPa时表面粗糙度比气压差为0MPa时降低了12%,流量差为120ml/h表面粗糙度比流量差为0ml/h降低了18%。气压差与流量差相比,气压差对刀具振动的影响较为明显。选择气压差为-0.1MPa,流量差120ml/h,设计喷嘴角度和喷雾距离的六因素三水正交实验方案,通过极差分析获得喷嘴位置参数对刀具磨损和表面粗糙度的影响主次顺序。结果表明,前刀面喷嘴位置参数对表面粗糙度的影响较大,而后刀面喷嘴位置参数对刀具磨损的影响较大。其中,对表面粗糙度影响最大的是喷嘴轴线在前刀面上的投影与主切削刃之间的夹角,对刀具磨损影响最大的是喷嘴轴线与前刀面所成的夹角。将表面粗糙度与刀具磨损作为目标建立经验模型,采用非支配排序的遗传算法(NSGA-II)进行多目标优化,结合改进TOPSIS算法,从Pareto解集中获得与理想解最相似的一组优化参数,其值为α1=75°,α2=75°,β1=74.976°,β2=74.99°,S1=10mm,S2=10.2mm。以优化后的参数进行验证实验,加工后表面粗糙度和刀具磨损值的误差分别为4.4%和6.5%,表明预测模型和优化方法较为可靠。
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