第5期 2017年5月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)05013903
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 05. 037
数控车床高压冷却喷嘴的优化设计
文怀兴，马朝阳
（陕西科技大学机电工程学院，西安710021）
No.5 May2017
摘要：为了研究高压冷却喷嘴结构参数对流体射流的影响，文章针对高压冷却系统的执行部件维形喷嘴的收缩角、入口直径与出口直径的比值两个主要固素进行了结构参数的优化设计。采用计算流体动力学的分析软件Fluent对喷嘴的流场进行了数值模拟，通过仿真研究和分析对比其喷嘴流场的特性曲线获取了喷嘴的优化参数。基于Mixture多相流模型理论对其优化后的喷嘴进行了外部流场的气液两相模拟实验和车削断屑实验。研究结果表明：随着收缩角的增大，喷嘴射流的动压值先增大后减小，在α=25°时动压力达到了最大值；距喷嘴出口60mm处截面上的径向速度随着距离的增加而下降，在α=25"时截面上的径向速度变化幅度最小；当喷嘴的直径比C，=3时，射流初始段的轴向速度达到最大值，能产生更好的断效果，
关键词：数控车床；高压断屑；维形喷嘴；优化设计
中图分类号：TH122;TG659
文献标识码：A
Optimum Design of High Pressure Cooling Nozzle for CNC Lathe
WEN Huai-xing,MA Chao-yang
(School of Mechanical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an 710021, China) aoooanssaresaaeedennoaansoae fluid,In this paper, the optimization design of the contraction of conical nozzle angle ,the ratio of the con-saaeesaeaee cooling system is carried out. The flow field of the nozzle was numerically simulated by Fluent, The optimi-zation parameters of the nozzle were obtained by simulating and analyzing the characteristics of the nozzle flow field. Based on Mixture multiphase flow model theory, the optimized nozzle was simulated by two-phase gas-liquid two-phase flow. The results show that with the increase of the angle of contraction, the dy-namic pressure value of nozzle jet first increases and then decreases, and the dynamic pressure reaches the maximum value at α =25° ; the radial velocity at the section of nozzle exit 60 mm When the diameter of the nozzle is smaller than C, =3, the axial velocity of the initial section of the jet reaches the maximum value, which can produce a better value of the radial velocity- Chip breaking effect.
Key words: CNC lathes;high pressure chip breaking ; cone nozzle; optimal design
0引言
在现代数控加工技术中，切削液问题往往被人们忽视，常规的瓷注方式冷却效果不佳，也很难实现断屑的功能。近年来，出现一种全新的冷却技术：高压冷却技术（HPC）。高压冷却技术是将原有车床的冷却液压力经过独立的高压冷却系统升至特定压力，再通过内部通道，由喷嘴喷射到加工区域，从面达到冷却断屑的目的，有效避免了车削过程中的缠屑现象，提高了工件的加工精度和生产效率。随着高压冷却技术的推广，国内外众多学者对此展开了深人的研究工作，研究的成果均促进了加工过程中的冷却和排屑。然而影响高
收稿日期：20161212；修回日期：20170117
压冷却技术的因素有很多，大部分研究者着重考患选用液压泵来获取高压[13]】，却往往忽略了对执行机构喷嘴的结构优化设计。本文主要针对高压冷却喷瞻的绪构参数进行优化设计，文献「41采用Fluent软件只对高压喷嘴的气体流场进行了仿真分析，未能对气液两相流进行模拟分析。文献[5]采用两相流理论对气动喷丸喷嘴内部流场进行了模拟分析，未能对外部流场和结构的优化进行模拟分析。本文在数值模拟方面，采用CFD仿真软件Fluent获得射流特性，比较分析不同喷嘴结构参数下对喷嘴射流的速度、动压力等的影响‘}。通过模拟实验和车削实验分析研究喷嘴收缩
作者简介：文怀兴(1957一），男，陕西武功人，陕西科技大学教投，博士生导师，博士，研究方向为数字化产品设计与制造，先进制造技术，机电一体
化设备与控制，数控技术以及成型工艺，（E-mail)wenhx@sust.edu.cn；通讯作者：马朝阳(1991一），男，河南南阳人，陕西科技大学硕土研究生，研究方向为机械工程，（Email)994860452@qq-com，
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