论文部分内容阅读
制约钛合金、高温合金等难加工材料高效磨削加工的主要问题是磨削烧伤。现有的冷却技术大多基于冷却液进行冷却。但是随着磨削用量的增加,再加上高效磨削或成型磨削时弧区的复杂性和封闭性,冷却液难以进入磨削弧区进行换热,并且冷却液的大量使用更有悖于当前绿色加工的理念。本文基于钎焊超硬磨料技术和热管强化换热技术从磨削热的产生和疏导两个角度着手,开展了钎焊立方氮化硼热管砂轮的基础研究。针对具体的加工对象,设计了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮。借鉴两相流相变仿真和试验等手段探究了两种热管砂轮的换热机理,并分析了热流密度、充液率和砂轮转速等对热管砂轮换热性能的影响。最终将研制的热管砂轮应用于TC4钛合金和GH4169高温合金等难加工材料的干磨削,验证了钎焊超硬磨料技术和热管技术相结合后优异的强化换热性能。论文的主要研究工作包括:(1)设计了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮基体结构。借助炉中钎焊和高频感应加热的方法分别完成了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮工作面的钎焊。(2)研究了热管砂轮工作面不同排布情况下的热导率和热管砂轮冷凝端外部强迫对流换热的换热系数,为热管砂轮的换热性能仿真分析提供了基础数据。(3)揭示了轴向旋转热管砂轮和径向旋转热管砂轮蒸发端随转速提高由核态沸腾到自然对流换热的换热机理以及冷凝端的膜态凝结换热的机理。对不同热流密度、充液率和砂轮转速条件下两种热管砂轮的换热性能进行了全面评价,优选了两种热管砂轮适用的工艺参数范围。(4)制备了钎焊立方氮化硼轴向旋转热管砂轮和钎焊立方氮化硼径向旋转热管砂轮,并与无热管砂轮开展了干磨削TC4钛合金成型面和GH4169高温合金平面的对比试验,从磨削温度和工件表面质量等角度评价了钎焊立方氮化硼轴向旋转热管砂轮和钎焊立方氮化硼径向旋转热管砂轮的强化换热性能,展示了热管砂轮在难加工材料绿色加工中的优势。