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静电冷却干式切削实验研究

周成军  
【摘要】: 传统的金属切削加工过程中,一般采用切削液对刀具和工件进行润滑、冷却,可以提高刀具的使用寿命和工件的表面质量。但使用切削液存在增加加工成本、污染环境、影响工人身体健康等弊端。针对金属切削过程中的这一问题,人们提出了干式切削技术。 干式切削是指为了保护环境和降低成本而有意识地减少或完全停止使用切削液,而用特定的刀具、机床和相关的加工技术以及其他的冷却方法获得所需加工效果的一种加工方法。本文研究的静电冷却干式切削就是利用电晕放电对干式切削过程进行冷却的新冷却方法。 静电冷却干式切削是将离子化气体吹到切削区域,代替切削液冷却作用的金属切削方式。静电冷却干式切削不仅能对切削区域进行冷却、润滑,而且可以获得延长刀具寿命、断屑等效果,得到符合加工要求的干式切削技术。这种新型技术是静电冷却技术和金属切削技术的有机结合,利用静电冷却技术来代替传统的切削液,从很大程度上解决了使用切削液带来的种种弊端。 在大连市科技计划(2007A10GX120)的资助下,本文完成以下主要工作: (1)研究了空气的各种形式放电的机理和电离状态,确定使用负极性直流电晕放电作为干式静电冷却的放电方式,选择了使用具有更好的电离效率和离子转移效率的针-筒式电极结构。 (2)设计了用于静电冷却干式切削的实验装置,包括高压电源、供气装置、气体电离装置、切削系统等单元。 (3)得出了当气压为0.4MPa、极间距为15mm、外加电压为5.1KV时,气体放电状态较佳的结论,此时的离子浓度最大,可达1.2×10~(11)个/cm~3。 (4)进行了静电冷却干式切削技术与传统的干式切削技术的对比实验,实验结果表明静电冷却干式切削在断屑、延长刀具寿命、提高工件表面质量等方面有更好的效果。


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