船用柴油机关键零件深孔加工机理及切削参数优化技术研究-机械制造及其自动化专业论文.docx

万方数据 万方数据 A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on Deep Hole Machining Mechanism and Cutting Parameter Optimization for Marine Diesel Engine Key Parts Submitted by Jia Yongpeng Supervised by Prof. Jing Xuwen Jiangsu University of Science and Technology June, 2014 江苏科技大学工学硕士学位论文 江苏科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 江苏科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于： (1)必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 (2)不必威体育官网网址□。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 摘 摘 要 摘 要 近年来，随着加工制造技术的不断发展，深孔加工技术的应用领域已越来越广泛。 在深孔加工过程中，由于加工环境的特殊性，加工刀具和工件都处于封闭或半封闭状 态，因而产生的切削热量要远大于普通的车削加工。目前，由于无法直接研究深孔加 工过程中的加工机理和切削区域的温度分布与散热问题，导致加工过程中切削参数过 于保守，从而严重影响了加工的效率。本文以企业基础技术攻关项目“船用大功率中速 柴油机机身、缸盖加工关键技术研究”为背景，在对国内外深孔加工技术研究现状进行 分析和总结的基础上，对船用柴油机机身深孔加工机理及切削参数优化进行了研究， 主要研究内容如下： （1）对机身深孔加工过程中切削热的产生进行了理论分析，建立了深孔钻削热模 型，对切削热进行了分析与计算，推导出刀具温度场的分布情况，总结分析了切削热 的主要影响因素，为下一步的有限元分析提供了理论依据。 （2）为了进一步研究机身深孔加工过程中热量的产生与分布问题，建立了深孔钻 削的三维模型，对仿真过程中的模型简化、网格优化以及参数设置等影响仿真效率和 结果质量的问题进行了探讨。利用正交试验设计了 16 组仿真试验，采用金属塑性成形 仿真软件 Deform-3D 动态模拟了某型号船用柴油机机身深孔钻削的加工过程，获得了 深孔加工过程中的钻削温度，分析比较了不同切削参数对钻削温度的影响情况。 （3）针对深孔加工过程中散热难的问题，采用计算流体力学（CFD）数值仿真分 析软件 Fluent 对枪钻冷却系统进行了数值模拟仿真，首先对单相冷却液流的流动状况 进行了模拟仿真，获得流道中流场的物理特性（压力、速度、湍动能等），为切屑颗粒 在冷却液流场中的运动规律提供依据，同时，也分析和模拟了切屑颗粒和冷却液两相 流场的流动情况，获取了稳态流场下切屑颗粒的运动轨迹和运动规律，分析了切削液 的入口压力和切屑的等效直径两个因素对冷却系统的散热效果的影响。 （4）基于以上理论研究，针对目前加工效率低的问题，本文根据船用柴油机机身 深孔加工的特点，提出了基于粒子群算法的船用柴油机机身深孔加工切削参数优化算 法，结合加工工艺系统各项性能参数的要求对优化问题中的约束条件进行了定义，并 利用 MatLab 软件实现了机身深孔切削参数的优化。最后，通过现场加工试验，验证 了本文理论与方法的可行性。 关键词 船用柴油机；深孔加工；切削温度；切削参数优化 I 江苏科技大学工学硕士学位论文 江苏科技大学工学硕士学位论文 II Ab Abstract Abstract With the constant progress of technolo gy and rapid development of industry, deep hole machining technology has been applied more and more widely. In deep hole machining process, because of