【摘 要】
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超低温加工是一种以液氮等作为冷却介质的清洁切削技术,具有无/少污染、冷却能力强、加工效率高、刀具寿命长、零件表面完整性好等优点。在超低温加工过程中冷却介质的持续供给与可靠调控是保证超低温加工高质高效进行的前提,本文以实现液氮的即开即用和射流状态精准调控为目标,研制了液氮在线制备及射流调控装置。本文主要工作如下:结合变压吸附制氮技术和深冷工质节流制冷技术,设计了液氮在线制备工艺流程,构建了液氮在线制
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“清洁切削共性关键技术研究”项目编号为:2019YFB2005400；
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超低温加工是一种以液氮等作为冷却介质的清洁切削技术,具有无/少污染、冷却能力强、加工效率高、刀具寿命长、零件表面完整性好等优点。在超低温加工过程中冷却介质的持续供给与可靠调控是保证超低温加工高质高效进行的前提,本文以实现液氮的即开即用和射流状态精准调控为目标,研制了液氮在线制备及射流调控装置。本文主要工作如下:结合变压吸附制氮技术和深冷工质节流制冷技术,设计了液氮在线制备工艺流程,构建了液氮在线制备装置,根据工艺流程要求和设备使用热点,设计了液氮在线制备装置PLC控制程序,开发了液氮在线制备状态参量监控软件界面。基于液氮射流冲击沸腾换热及液氮两相流动机理,分析了液氮射流调控装置设计原理,设计了液氮射流调控装置管路结构,建立了液氮射流调控装置AMEsim仿真模型,验证了管路设计的合理性,搭建了集成于超低温内喷式加工机床的液氮射流调控装置。基于无模型自适应控制原理,设计了液氮调控装置无模型自适应控制器,并通过AMEsim和MATLAB联合仿真验证了控制器的控制效果,实现了对液氮质量流量的稳定控制,开展了液氮射流冲击沸腾换热实验,建立了液氮质量流量和表面换热系数之间的关系,提出了基于热平衡的液氮质量流量调控策略,实现了针对不同加工参数对液氮质量流量进行合理调节。针对TA15钛合金开展了超低温切削加工试验,通过红外热成像法对超低温冷却加工切削区域的温度进行测量,分析了采用固定流量加工和基于热平衡的变流量加工对切削区域温度分布的影响,验证了基于热平衡的液氮射流调控策略的有效性。结果表明,本文研制的液氮在线制备及射流调控装置能够维持超低温加工过程中大量液氮长时间稳定输出,并能够根据不同的加工参数实现对液氮质量流量的精准调节。
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