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干磨型轴向旋转热管磨具的传热性能研究
摘要
设计了一种轴向旋转热管磨具(RHPAMT) ，用于型材的磨具加工。初步模拟研究表明，热管中存在核沸腾现象。结果表明，32% 的填充率有利于提高RHPAMT的传热性能。在不同填充比和铣削参数下，对Ti-6Al-4V 进行了干磨试验。结果表明，在填充率为32%、进料率为63mm/ m in、切削深度为0.05mm 的情况下，RHPAMT可获得最佳的热性能。蒸发器内壁温度可控制在30 ℃以下，热管可在15s内启动。与无热管铣削工艺相比，工件温度可降低45%，且轮廓面最大温差在10 ℃以内，表明该刀具对接触区温度的均匀控制效果明显。
关键词：轴向旋转热管、Abrasive-milling工具。、传热能力、充填率
1介绍
涡轮盘是航空发动机转子的重要部件。涡轮榫眼的结构设计和加工质量直接关系到转子的强度和寿命，从而影响到发动机 [ 1 ] 的性能。高温合金和钛合金以其高强度、良好的热稳定性和良好的耐腐蚀性在航空航天工业中得到了广泛的应用。高速切削和拉削是加工这些难加工材料最广泛采用的方法。然而，这些低导热材料的切削容易造成刀具的高磨损，难以保证加工的质量和精度。拉削刀具设计复杂，操作灵活，加工成本高 [ 3 , 4 ] 。与上述方法相比，磨粒法具有更好的加工效率。 然而，冷却剂很难注入到膜沸腾发生的封闭接触区，这往往会造成工件和机床的缺陷[5,6] 。此外，铣削温度分布不均匀往往是由于刀具在磨铣过程中刀具的速度沿磨铣齿面变化不均匀造成的，而磨铣齿面局部过早磨损往往会缩短刀具的使用寿命。
热管作为一种有效的传热装置，不仅可以强化传热[7] ，而且可以使接触区均匀散热。Chiou等人将热管埋入刀具中，研究了车削过程中的温度分布。实验结果表明，刀具-芯片界面产生的热量得到了有效的去除，切削刃附近的温度明显下降，与仿真结果吻合较好。Jen等人将热管应用于滴灌。实验和仿真结果表明，埋置热管明显改善了温度场。Liang 等人开发了一种用于干车削的热管冷却刀具。实验结果表明，在较高的切削速度下，刀具-切屑界面温度可以降低，且降低幅度更大。
Ma等人[11] 验证了热管技术应用于钎焊金刚石砂轮的可行性。与没有热管的加工条件相比，磨削温度降低了30% 。He等人用热管工中。他们发现，它可以缓解切削温度和刀尖的温度差异。
砂轮对Ti-6Al-4V 进行磨削实验，结果表明该工具显著降低了磨削温度，防止了磨损。Zhu 等人将热管道辅助冷却技术应用于立铣削加
本文利用ANSYS/FLUENT 软件建立简化几 何模型，模拟了不同充填料率下的相变过程，得出了RHPAMT换热性能的最优值。通过热传递实验，研究了热传递过程中填充率和进料率的变化，并探讨了这些工艺参数的合理取值范围。同时，在相同的条件下，用传统的铣刀和RHPAMT进行了调剖实验，以评价RHPAMT的控温效果。
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