前剎車調(diào)整臂外殼加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計方案

1、前剎車調(diào)整臂外殼加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計方案隨著科學(xué)技術(shù)的進步和生產(chǎn)力的發(fā)展，要求機械工業(yè)不斷提供先進的技術(shù)設(shè)備，加之市場需求的變化多端，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，多品種、小批量生產(chǎn)的比例在提高。這樣，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)準備工作，很不適應(yīng)新的生產(chǎn)特點。為了適應(yīng)機械工業(yè)又好又快發(fā)展的需要，機床夾具的設(shè)計與制造技術(shù)也必須與時俱進，要求企業(yè)的高級技能人才能不斷設(shè)計出構(gòu)思合理、結(jié)構(gòu)準確、工藝精良的夾具。所以，在大學(xué)畢業(yè)之前，選擇簡單的夾具設(shè)計，希望通過此次設(shè)計，在過程中希望得到以下訓(xùn)練： （1）運用機械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及

2、工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。（2）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效，省力，經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。（3）學(xué)會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運用。 （4）熟悉零件的工藝制定，和有關(guān)計算。 畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)完大學(xué)的全部課程之后進行的，畢業(yè)設(shè)計對所學(xué)各課程的深入綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)至關(guān)重要的一環(huán)。本設(shè)計就CA10B解放牌汽車的前調(diào)整臂的外殼的工藝規(guī)程及其加工過程中的專用夾具進行設(shè)計，由于作者的能力有限，設(shè)計難免存在不足和錯誤，懇

3、請各位老師給予指教，在此致謝！在機床制造企業(yè)生產(chǎn)中，機械加工、檢驗、焊接、熱處理和裝配等冷熱加工工藝，都使用著大量的夾具，用以安裝對象，使之占有正確的加工位置。夾具在保證加工質(zhì)量，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和降低成本等方面有著極其明顯的經(jīng)濟效益。因此，夾具是企業(yè)生產(chǎn)中的一種重要的工藝裝備。為了確保工件的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，對夾緊裝置提出“正、牢、簡、快”的基本要求，如下1）“正”就是在夾緊過程中應(yīng)保持工件原有的正確定位。2）“牢”就是夾緊力要可靠、適當，既要把工件壓緊夾牢，保證工件不位移、不抖動；又不因為夾緊力過大而使工件表面損傷或變形。3）“簡”就是結(jié)構(gòu)簡單、工藝性能好、容易制造。只有在

4、生產(chǎn)批量較大的時候，才考慮相應(yīng)增加夾具夾緊機構(gòu)的復(fù)雜程度和自動化程度。4）“快”就是夾緊機構(gòu)的操作應(yīng)安全、迅速、方便、省力。設(shè)計夾緊裝置時，首先要合理選擇夾緊力的方向，再確定其著力點和大小，并確定夾緊力的傳遞方式和相應(yīng)的機構(gòu)，最后選用或設(shè)計夾緊裝置的具體結(jié)構(gòu)，來保證實現(xiàn)上述基本要求。對于夾具體的基本要求，如下：1）應(yīng)有足夠的強度和剛度 2）力求結(jié)構(gòu)簡單，裝卸工件方便3）要有良好的結(jié)構(gòu)工藝性和實用性4）結(jié)構(gòu)尺寸大小適當且穩(wěn)定5）排除切削問題要解決6）夾具在機床上安裝要穩(wěn)定、安全機床夾具的主要功能如下：1）保證加工質(zhì)量 使用機床夾具的首要任務(wù)是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工面與定位面之間

5、以及被加工表面相互之間的位置精度。2）提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本 使用夾具后可減少劃線、找正等輔助時間，且容易實現(xiàn)多件、多工位加工。3）擴大機床工藝范圍 在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍。4）減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全 采用專用夾具裝卸工件顯然比不用夾具方便、省力、安全、迅速。設(shè)計夾具時必須使工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動條件和經(jīng)濟效益等四方面達到辯證的統(tǒng)一。其中能穩(wěn)定地保證加工質(zhì)量是最基本的要求。為了提高生產(chǎn)率，夾具采用先進的結(jié)構(gòu)和機械傳動裝置以及快速高效的夾緊裝置，以縮短輔助時間，這往往會增加夾具的制造成本，但當工件的批量增加到一定規(guī)模時，因為單件的工時下降所獲

6、得的經(jīng)濟效益將得到補償，從而降低工件的制造成本。因此所設(shè)計的夾具其復(fù)雜程度和工作效率必須與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，才能獲得良好的經(jīng)濟效果。但是，任何技術(shù)措施都會遇到某些特殊情況，故對以上四方面有時候也很側(cè)重。例如對于位置精度要求很高的工件加工，往往著眼于滿足加工精度要求；對于精度要求不高的而生產(chǎn)批量較大的工件，則需要著重考慮提高夾具的工效?？傊?，設(shè)計夾具時應(yīng)該滿足以下幾個基本要求：由于市場需求的變化多端以及機電產(chǎn)品的競爭日益激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期短，多品種、中小批量生產(chǎn)的比例在提高。為了適應(yīng)現(xiàn)代化機械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展的需要，現(xiàn)代機床夾具也必須與時俱進，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)準備工作和傳統(tǒng)的夾具結(jié)構(gòu)已

7、經(jīng)不適應(yīng)新的生產(chǎn)特點，其發(fā)展方向主要表現(xiàn)為“四化”。 CA10B解放牌汽車前剎車調(diào)整臂外殼，主要是對前剎車調(diào)整臂進行支撐保護。零件加工過程中，要保證側(cè)孔13.8，13，16在同一個中心線上，中心軸線距定位基準60孔為39.5±0.2的位置精度要求；另外，上端R11孔對右側(cè)凸臺端面有70±0.25的位置精度要求；零件大端兩側(cè)端面相對中心線有的尺寸要求等。主要工序加工面如下示例： 零件的材料為KT350,零件承受的沖擊載荷不是很大，且零件的輪廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，又為大批量生產(chǎn)，而且表面粗糙度質(zhì)量要求也不是很高，故可采用鑄件，以提高生產(chǎn)效率和效益?；鶞实倪x擇是工藝規(guī)程設(shè)計中

8、的重要工作之一，對零件的生產(chǎn)是非常重要。1） 粗基準的選擇按照粗基準的選擇原則，應(yīng)選取盡量不加工的表面為粗基準，故選用R41外圓面及大端端面為粗基準。以V型塊定位并進行壓緊。2） 精基準的選擇 粗加工進行后，以一端端面為精基準，加工另一側(cè)端面。仍然以外圓用V型塊定位，加工一側(cè)端面和內(nèi)孔。主要考慮精基準重合的問題，當設(shè)計基準與工序基準不重合的時候，應(yīng)該進行尺寸換算，這在以后還要進行專門的計算，在此不再重復(fù)。 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度的技術(shù)要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能機床以及專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)

9、率。除此之外還應(yīng)當考慮經(jīng)濟效果，以便生產(chǎn)成本盡量降低。1）工藝路線方案一工序1 粗,精車60孔, 60孔前后兩端面；工序2 粗、精車60孔左右兩端面；工序3 鉆、擴、鉸12孔,鉆、鉸5×4.3孔；工序4 粗、精車12孔前后兩端面； 工序5 粗、精車60孔上方槽內(nèi)表面,鉆、鉸M10X25螺孔；.工序6 擴、鉸13.8孔、鉆、擴、鉸16孔,13孔；工序7 鉆鉸Rc1/8錐孔；工序8 去毛刺，檢查。按此工藝加工不太合理，我們知道對于一般零件采用基準先行原則應(yīng)該先加工面后加工孔，才可滿足零件的加工要求，因此換方案如下：2）工藝路線方案二工序1 粗車大端前后兩端面；工序2 精車12孔前后端面；

10、工序3 粗車大端左右兩端面；工序4 鉆、擴、鉸12孔；工序5 鉆、擴、鉸5×4.3孔；工序6 鉆、擴、鉸60孔；工序7 粗車、精車槽端面；工序8 車螺紋孔頂面，鉆攻M10螺紋；工序9 鉆、擴、鉸13、13.8、16孔；工序10 攻Rc 1/8錐孔；工序11 去毛刺，檢驗。此方案較上述方案更加合理了，但是仍有些不足，例如前幾個工序裝夾反復(fù)次數(shù)較多，生產(chǎn)效率較低，影響經(jīng)濟效益，不適合大批量生產(chǎn)；工序6中的60孔，由于鑄件孔徑已經(jīng)達到50，直徑較大，而精度要求不高，用車削即可。特此修改如下：3）工藝路線方案三工序1 車大端兩端面； 車60孔，采用C620-1車床，使用專用夾具；工序2 銑小

11、端兩端面；工序3 鉆、擴12孔；工序4 一面兩銷，銑方槽；工序5 以60孔，12孔與端面一面兩銷，銑三個凸臺；工序6 一面兩銷，鉆、擴、鉸13、13.8、16的孔；工序7 鉆、攻M10螺紋；工序8 一面兩銷，鉆、擴、鉸5×4.3；工序9 攻Rc 1/8錐孔；工序10 去毛刺；工序11 檢驗。此工藝路線裝夾重復(fù)次數(shù)少，加工工序能夠滿足零件的生產(chǎn)要求，生產(chǎn)效率較高，適合大批量生產(chǎn)，就此采用。CA10B解放牌汽車前剎車調(diào)整臂外殼的材料為KT350，b =350MPa，毛坯重量2.5kg，生產(chǎn)類型為中批量，鑄造毛坯。試確定各加工表面的機械加工余量及毛坯尺寸如下：1） 非加工表面考慮其零件非加

12、工表面，沒有粗糙度要求，因此直接鑄造可成。2） 大端端面及小端端面沿軸線方向的加工余量 查機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南（以下稱設(shè)計指南）表5-4，取鑄件的機械加工余量等級為F時的機械加工余量RAM均為1.5mm；查表5-1取公差等級為CT11，再查表5-3得出尺寸公差CT為3.6mm。 由設(shè)計指南表達式5-1,5-2,5-3；則毛坯鑄造時，工件兩側(cè)總共需要的留出的金屬余量(雙側(cè)加工)R=2RAM+CT/2= 21.5+3.6/2=4.8mm，以單側(cè)為2.4mm余量加工，單側(cè)工序余量如下：粗車 2mm；半精車 0.4mm；3） 內(nèi)孔60（已鑄50孔），12（已鑄6孔）仿照2），查設(shè)計指南，得鑄件

13、留出的金屬余量(雙側(cè)加工) 60是10mm，12是6mm；現(xiàn)制定單側(cè)工序余量如下： 60粗車 3.5mm；半精車 1.5mm； 12 鉆 2.5mm； 擴 0.5mm；鉸 0 mm； 4） 方槽同上，取方槽端面鑄造余量為2.5mm，工序余量如下：粗銑 2 mm；半精銑 0.5 mm；5） 三個凸臺同上，取凸臺的鑄造加工余量均為2mm，則工序余量如下：粗銑 1.5 mm；半精銑 0.5 mm； 6）其他尺寸直接鑄造得到由于零件的粗糙度要求不是很高，且為中批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計算最大、最小加工余量時都應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認。工序一 以R41外圓為粗基準，車大端端面以及60孔(1)

14、 加工條件工件材料：KT350,b =350MPa ,鑄造。加工要求：粗車大端端面，表面粗糙度Ra=12.5um，半精車大端端面，表面粗糙度Ra=6.3um；粗車60孔，表面粗糙度Ra=12.5um，半精車60孔，表面粗糙度Ra=6.3um；機 床：C620-1型臥式車床。刀 具：根據(jù)機械加工工藝手冊第二卷（以下簡稱工藝手冊）加工鑄鐵選擇高速鋼端面車刀。根據(jù)車床中心高選擇刀桿尺寸16mm25mm；選刀具前角15°,后角8°，副后角=10°,主刃=60°,副刃=15°(2) 切削用量1）車大端端面1. 確定進給量根據(jù)設(shè)計指南表5-114，當車刀刀

15、桿尺寸為16mm25mm，p3mm時，工件的直徑為60mm-100mm時，。根據(jù)設(shè)計指南表5-57，取f=0.5mm/r。2. 計算切削速度查工藝手冊表1.1-55，車削速度的計算公式 （m/min） 上式中，mm，； 計算得，車削速度 m/min。 3. 確定主軸轉(zhuǎn)速 由公式 按設(shè)計指南表5-56，與162.7r/min相近的車床轉(zhuǎn)速為150r/min和185r/min,現(xiàn)取185r/min，如果選150r/min，則速度損失很大，所以實際的切削速度為=37.76m/min。 4. 校驗機床功率由工藝手冊表1.1-57，切削需要的功率 上式中，代入計算得kw；由設(shè)計指南表5-55，查C620

16、-1車床的主電動機的功率為7kw，當主軸轉(zhuǎn)速為185r/min時，主軸傳遞的最大功率為=5.9kw，所以機床的功率足夠，可以正常加工。故所選 背吃刀量mm，進給量。（3) 基本工時因為工件面積很小，表面粗糙度要求很低，且若換刀或者變換切削速度所節(jié)約的時間很少，故只改變切削深度。半精車時再以0.4mm為切削深度，其余變量不變，走刀一次，故車大端端面所需時間t=28.5s4=114s。2） 車60孔(1) 切削用量1. 確定進給量 根據(jù)設(shè)計指南表5-114，當?shù)稐U尺寸16mm25mm，時，工件直徑為60mm時，根據(jù)設(shè)計指南表5-57，取f=0.71mm/r。2. 計算切削速度查工藝手冊表1.1-5

17、5，車削速度的計算公式 （m/min） 上式中，mm，； 計算得，車削速度 m/min。 3. 確定主軸轉(zhuǎn)速 由公式 按設(shè)計指南表5-56，與162.7r/min相近的車床轉(zhuǎn)速為150r/min和185r/min,選150r/min，所以實際的切削速度為=25.91m/min。 4. 校驗機床功率由工藝手冊表1.1-57，切削需要的功率 上式中，代入計算得kw；由設(shè)計指南表5-55，查C620-1車床的主電動機的功率為7kw，當主軸轉(zhuǎn)速為185r/min時，主軸傳遞的最大功率為=5.9kw，所以機床的功率足夠，可以正常加工。故所選 背吃刀量mm，進給量。(2) 基本工時因為工件面積很小，若換刀

18、或者變換切削速度所節(jié)約的時間可以忽略，再快速走刀兩次即可達到表面粗糙度要求。工序二 以60孔和大端端面為精基準，銑小端端面(1) 加工條件工件材料：KT350,b =350MPa ,鑄造；加工要求：銑小端端面，表面粗糙度Ra=6.3um；機 床： X5012型立式銑床刀 具：根據(jù)工藝手冊表2.1-40選擇高速鋼銑刀。根據(jù)表2.1-20，選擇刀桿直徑d=40mm，長度L=63mm，齒數(shù)z=8；選刀具前角15°,后角12°，已知銑削寬度40mm，銑削深度p=2mm，銑雙面。(2) 切削用量1. 確定每齒進給量根據(jù)設(shè)計指南表5-65，X5012型銑刀功率為1.5kw，工藝系統(tǒng)剛性

19、為中等，根據(jù)工藝手冊表2.1-71，查得進給量，取f=0.15mm/z。2. 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度。查工藝手冊表2.1-75，銑刀最大的磨損量為0.5mm，耐用度90min。3. 確定切削速度和工作臺每分鐘的進給量其中 ，d=40，將以上數(shù)據(jù)代入公式：確定機床主軸轉(zhuǎn)速： 。根據(jù)設(shè)計指南表5-72選擇n=130r/min，則實際的切削速度為v=16.2m/min，所以工作臺每分鐘的進給量 fmz根據(jù)設(shè)計指南表5-73，X5012立式銑床的工作臺進給量選擇fmz=100mm/min,則實際每齒的進給量fz=0.2mm/z。4.校驗機床功率。 根據(jù)工藝手冊2.1-78計算銑削功率的公式為式中，m

20、m/z，代入計算得=930.14N,kw；因為X5012型銑床的主電動機的功率為1.5kw，故所選的切削用量可用。(2) 基本工時根據(jù)工藝手冊表2.1-99，一次進給銑削一端開口槽的基本時間是由于表面的粗糙度值為6.3，一次銑削基本就可以達到精度要求，為保證精度要求合格，可再快速進給一次，機動時間約為8s。工序三 以60孔和大端端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸12孔(1) 加工條件工件材料：KT350,b =350MPa ,鑄造；加工要求：鉆擴12孔，表面粗糙度Ra=6.3um；機 床： Z535鉆床刀 具：根據(jù)工藝手冊選擇麻花鉆d=11mm，d=12mm(2) 切削用量1） 鉆孔111. 確定

21、進給量由設(shè)計指南表5-127可查，當鑄鐵的b>200Pb，選d=11時，則每轉(zhuǎn)進給量?，F(xiàn)根據(jù)設(shè)計指南表5-66，選擇Z535鉆床的進給量為0.32mm/r。2. 確定鉆頭磨鈍標準及壽命后刀面最大磨損限度（查工藝手冊）為0.6mm，壽命。3. 確定切削速度 根據(jù)設(shè)計指南表5-134，取切削速度v=45m/min，所以鉆床的轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)計指南表5-65可選Z535的轉(zhuǎn)速接近1302.8r/min的是750r/min，則實際的切削速度v=33.16m/min。（3) 基本工時2） 擴孔至12。(1) 切削用量1. 確定進給量查設(shè)計指南表5-129，擴孔進給量為：，并由設(shè)計指南表5-133，最終選

22、定機床進給量為：。2. 確定切削速度根據(jù)=，則主軸的轉(zhuǎn)速為，按設(shè)計指南表5-65取n=530r/min，則實際切削速度為v=19.97m/min(2) 基本工時3） 鉸孔 ：選高速鋼鉸刀 n=100r/min f=2mm/min d=11.94mm1、崇 凱 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社，20062、李昌年 機床夾具設(shè)計與制造. 北京.機械工業(yè)出版社，2006 3、王先逵 機械加工工藝手冊.第一卷. 北京.機械工業(yè)出版社，20064、王先逵 機械加工工藝手冊.第二卷. 北京.機械工業(yè)出版社，20065、王先逵 機械制造工藝學(xué). 北京.機械工業(yè)出版社，20056、駱素君

23、朱詩順 機械課程設(shè)計簡明手冊. 北京.化學(xué)工業(yè)出版社，20067、陳于萍 周兆元 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ). 北京.機械工業(yè)出版社，20058、史美堂 金屬材料及熱處理. 上海.科學(xué)技術(shù)出版社，20069、孫麗媛 機械制造工藝及專用夾具 北京.冶金工業(yè)出版社，200210、吳 拓 機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo). 北京.機械工業(yè)出版社，2005大學(xué)畢業(yè)設(shè)計是四年來所學(xué)專業(yè)知識的綜合。通過此次設(shè)計，可以提高綜合運用知識的能力，其中包括看圖、繪圖、設(shè)計計算、查閱手冊等諸多在機械設(shè)計制造行業(yè)必備的基本能力，畢業(yè)設(shè)計對于今后的學(xué)習(xí)和工作都是一次難得的演練。通過對前調(diào)整臂外殼工藝規(guī)程及其專用家具的設(shè)計，

24、我對零件的工藝加工、工序設(shè)計以及夾具設(shè)計的方法和步驟有了深入的了解，自己感覺收獲頗豐。當然，本次設(shè)計不全是是我個人獨立完成的，而是在鄭培文老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的。由于我的機械專業(yè)知識有限，實踐經(jīng)驗更顯空白，所以在設(shè)計中常常碰到阻礙，是在鄭老師不厭其煩的指教和引導(dǎo)下，我才能順利完成任務(wù)。鄭老師的循循善誘，已經(jīng)讓我欽佩不已，而鄭老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度更是讓我倍受教益。在此，我向鄭老師表示最真誠的感謝。同時，感謝同學(xué)們的協(xié)作和幫助，使我能按時順利地完成畢業(yè)設(shè)計。用于金屬切削的空冷技術(shù)渦流管由三個重要部分組成，空氣進入到旋渦發(fā)電機（這增加了空氣的速度）的中間部分，冷軋管，熱管，如圖1所示。通常熱管是

25、約350毫米長，并在底部有一個錐形閥控制流出的熱空氣量。渦流發(fā)生器的右側(cè)是冷軋管出口。渦流發(fā)生器和冷軋管之間有個中心帶有可以很容易改變大小的孔的隔膜，。帶有可大可小孔的隔膜還可以增加或減少在寒冷的出口所得的溫度。考慮到上述渦管，壓縮空氣以聲波速度供應(yīng)到圓形管，并產(chǎn)生一個每分鐘1萬轉(zhuǎn)氣旋（渦流）?？諝馐潜黄茸孕M入中心，在那里它然后沿著熱管當前最不抵抗氣流的道路逃離。旋轉(zhuǎn)的空氣，因為它繼續(xù)沿管前行，直到它達到了錐形閥的地方變成了旋轉(zhuǎn)的空氣柱（渦部分內(nèi)部本身）。較慢的內(nèi)空氣柱的旋轉(zhuǎn)流動的空氣放棄了它的熱量，讓其更快的旋轉(zhuǎn)到空氣柱外。寒冷的空氣撞倒正奉命出的渦流發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)空氣并且冷端的熱空氣耗盡流

26、出的渦流管的另一端。調(diào)整錐形閥將內(nèi)置悶熱的空氣排出可以改變這兩個溫度，空氣流低至-55 ° C的由圖所示。渦流理論 目前沒有人能確切地解釋為什么渦管會如此運作：這個過程本身正如萊溫和Bejan 6所述的那么簡單。切向進氣噴嘴對渦流發(fā)生器，因此可以提供一個高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流旋渦。后來，有一徑向溫度梯度由管芯到管外壁增加。這是主要是因為空氣的壓縮勢能轉(zhuǎn)換為動能，由于附近空氣中的外切向力矩進口形成的強迫渦。因此，高速旋轉(zhuǎn)內(nèi)流管，遠離墻壁產(chǎn)生。渦旋內(nèi)的熱管現(xiàn)有的空氣，通常與大氣溫度相等，當旋轉(zhuǎn)氣流的渦管流進它就擴大了，但其溫度下降到比環(huán)境溫度低。兩氣溫的區(qū)別將導(dǎo)致溫度梯度沿管生產(chǎn)比周圍空氣的

27、核心更冷的空氣。因此，中央空氣分子將失去熱將到達外部區(qū)域，如圖所示3。值得注意的是，該系統(tǒng)是一個動態(tài)的系統(tǒng)由于對管內(nèi)氣流的性質(zhì)，因此將無法達到平衡。因此，周邊的空氣有較高的動能（溫度超過內(nèi)空氣（冷）。一個主要的壓力梯度由于在徑向方向被迫渦將提供一個圓形旋轉(zhuǎn)的向心力，因此這將導(dǎo)致高壓的在管壁上，并低壓在中心處。當空氣進入到周邊地區(qū)（A），隨著它的膨脹，由于它的擴張外部空氣得以冷卻。因此，內(nèi)核的空氣（B）會得到溫暖，因為它是由壓縮周邊膨脹的空氣。然后轉(zhuǎn)熱從內(nèi)核（B）到外核心（A）。由于內(nèi)部空氣被壓縮，自然會嘗試推著向周邊膨脹。因此，處理外核的空氣，然后加熱，由于膨脹和壓力的不同，這會導(dǎo)致對工作要做

28、周圍的空氣得到不同結(jié)果收縮的空氣。因此，熱量轉(zhuǎn)移徑向向外圖所示4。當空氣繼續(xù)沿管旋進產(chǎn)生的更多的分離能量將發(fā)生軸向?qū)α?，而使空氣向熱端移動。在這個進程中，將熱量從核心轉(zhuǎn)的空氣移到外部空氣。隨著氣流到達最熱時，一小部分的空氣將通過位于熱端的錐形閥門排出，依靠臨近中心的不良壓力梯度，剩下的空氣將在冷端旋轉(zhuǎn)，如圖所示5。其余部分的溫暖的空氣保持垂直流動，其運動方向要么是沿管道順時針要么是逆時針。此外，這種氣流 在管內(nèi)核心的空氣產(chǎn)生的氣流的壓力也較低。如果兩空氣流的角速度保持，這意味著任何兩個取自圖 4的粒子：示意圖陣地周邊和內(nèi)部核心空氣 圖5：在渦管氣流模式圖無論是空氣流將采取同樣的時間才能完成圍繞

29、管周長一次循環(huán)。從角動量守恒原理，它似乎是在內(nèi)核分子角速度將增加，見EQ： 公式表明，在內(nèi)部的核心中，RA的值（徑向距離測量中心在管中特別關(guān)注分子）很小，應(yīng)該有一個相應(yīng)的增加分子的角速度，以便讓總的角動量守恒系統(tǒng)。此假設(shè)是微不足道，在管道內(nèi)兩任何空氣分子的質(zhì)量差異。然而，某一角速度在內(nèi)部核心分子保持不變。這也就是說，在渦流管內(nèi)的核心，角動量實際上已經(jīng)失去了。由于熱量轉(zhuǎn)移到外的核心，對內(nèi)核的角動量不保留或有更具體的跌幅，這將導(dǎo)致核心能量從內(nèi)到外轉(zhuǎn)移。內(nèi)核的熱能損失事外核心范圍內(nèi)的空氣分子升溫。因此，外核變熱和內(nèi)核變涼。 當達到熱極限，通過熱錐形閥和管壁（熱插座）之間的小開口將周圍的空氣逸出。不過

30、，中央的空氣較冷，是由錐形閥軸偏轉(zhuǎn)，并繼續(xù)對從熱端流向冷管。只有最里面的空氣分子通過隔膜和從收集冷空氣的出口溢出。因此，空氣分子被分為冷流和熱流通過渦流管的冷熱兩端。該圖 6很好的繪出了渦流管。重要的是要注意，特別是在熱端管發(fā)生分離。該錐形主軸（錐形閥），的目的是將一個寒冷的空氣逆流到管軸向地區(qū)。該隔膜（孔另一方面）是用來擋周圍的空氣，使中央流會通過冷端溢出。渦管部件的缺少可能會造成這種錯誤的假設(shè)，這種現(xiàn)象是違反熱力學(xué)規(guī)律的。事實上，如果沒有在室溫下做任何工作，空氣流可以分為兩個不同的蒸汽，這一冷一熱劃分工作，似乎違背了熱力學(xué)第二定律。不過，關(guān)鍵是要提的是，盡管有這個誤導(dǎo)的觀念，可是物理保持不

31、變。雖然，該渦管物理學(xué)是復(fù)雜的，但作為熱力學(xué)的基本原理研究，可以幫助加深對渦流管內(nèi)發(fā)生了什么進行更深入的了解。熱力學(xué)第一定律是關(guān)于節(jié)約能源。根據(jù)這項規(guī)律，在系統(tǒng)之間的反應(yīng)，它的環(huán)境，能源可以使從周圍接收到該系統(tǒng)與從系統(tǒng)中傳給周圍的能量值相等。這種能量可以由兩個不同狀態(tài)顯現(xiàn)：熱和功。因此，對于每一個具體的控制體積熱力學(xué)系統(tǒng)：圖7：一渦管控制體積示意圖制冷實際情況對于確定該冷卻裝置的性能系數(shù)是如此的重要。因此，確定性能系數(shù)的旋渦管和比較與傳統(tǒng)制冷性能系數(shù)在使用它來確定它的效率，似乎合乎邏輯。渦流管可以用作制冷設(shè)備在寒冷的管壁是用來降低溫度或作為加熱裝置，當熱管墻是用來增加外殼溫度。應(yīng)該指出的是，對

32、面是什么通常在熱力學(xué)看，在這種情況下渦管是一個開放的控制儲存裝置。如果系統(tǒng)認為是穩(wěn)定的狀態(tài)，然后從第一定律熱力學(xué)：其中，DH_是系統(tǒng)焓的變化和平行的演算法之間的系統(tǒng)及其周圍環(huán)境的熱量交換。讓我們假定平行的演算法近似為零，即使冷軋管上可能有霜凍，熱管是很溫暖。如果是這種情況則：在那里，_Hc是冷流焓變化和_HH是熱焓變流。假設(shè)為理想氣體，總焓變的空氣可以寫為：其中，mc，在冷管的質(zhì)量流量，氫是熱管的質(zhì)量流量，Tc是冷空氣的溫度，Ti是進風溫度，Th是熱空氣的溫度和Cp為空氣比熱在不斷的壓力和承擔可逆的絕熱過程。通過應(yīng)用熱力學(xué)第二定律上述： 其中，_S是總熵變，q是傳熱和T為絕對溫度。在實際的穩(wěn)態(tài)

33、控制體積熵的變化是：熵變化的實際控制數(shù)量， 穩(wěn)定狀態(tài)是： 其中，_Sc和_Sh是從入口到出口的熵變的部分進入寒冷的空氣管留下了，一部分是進入熱管。對于理想氣體（空氣）比熱，熵變化可以在那里我的下標，C和H分別進流，冷流和熱流，R是理想氣體（空氣）保持不變。 自冷（或熱外觀）的影響時無運動部件將嘗試管壁考慮為冰箱（或競爭此設(shè)備熱泵），估計其系數(shù)性能（COP）是有效的。圍繞冷卻效果可以通過放置一個寒冷的管外殼，性能系數(shù)，可計算方法是：冷流通過冷管壁像熱（換熱器）由一些喜歡在一冷箱源（冰箱）和W在本案中是工作壓縮完成從大氣壓力和空氣溫度對管的入口條件。 其中，T2是壓縮機出口溫度和T1是壓縮機進氣溫

34、度（可逆的，多方過程;空氣量：N = 1.4）。如果我們考慮一個完整的系統(tǒng)，P1和T1的是大氣壓力和溫度， P2和T2的是壓縮機出口條件， 空氣被壓縮后，它在保持在高壓狀態(tài)，在當時它冷卻大氣溫度，使音速噴嘴的入口溫度T1，相當于T1的溫度： 方程（23）可從T2的計算式。 （24）這是一個理想的工作值，它比所需的驅(qū)動器的實際工作較少于壓縮機。通過考慮上述方程和使用的EQ（21），對渦流管性能系數(shù)可以決定的。 實驗分析渦管設(shè)計為了幫助比較的渦管數(shù)參數(shù)是非常有用的使用質(zhì)量分數(shù)為冷這是可以對比以上的渦管范圍測試。此參數(shù)是簡單的空氣質(zhì)量流量比率在管冷端進口處的壓縮空氣的平均流速，。重要的是要注意氣團在

35、管熱端流率各不相同，從它的最高值（即等于質(zhì)量流量的壓縮空氣）到最低值（這是等于零），并顯示在橫向軸的圖表。在冷端質(zhì)量流量等于質(zhì)量差的進氣流量和質(zhì)量流量率的冷端。因此，通過改變質(zhì)量在熱端流率，有效地控制你在制冷結(jié)束時，其最低流量的大規(guī)模最大的價值。 其中： mc =空氣質(zhì)量在冷端流率 mh=空氣質(zhì)量流率在熱端 mh=壓縮空氣的質(zhì)量流率在進 寒冷空氣的質(zhì)量分數(shù)為輸入壓縮空氣通過冷端釋放管的百分比。一般來說，稍稍寒冷的空氣被釋放后，就會變得更寒冷。調(diào)節(jié)控制閥旋鈕將改變不同寒冷度的質(zhì)量分數(shù)。將給予質(zhì)量分數(shù)高的寒冷更大的氣流，但并沒有給盡可能低的溫度。高質(zhì)量分數(shù)寒氣流與冷溫度組合，產(chǎn)生最大低溫冷藏能力。

36、另一方面低質(zhì)量分數(shù)氣流是指一股出來時體積較小且非常冷的空氣?？傊?，較少的空氣被釋放，空氣變得更冷。在最冷的那頭，速度對溫度下降的影響很有效，因為如果產(chǎn)生最低氣溫的速度是已知的，那么，壓縮空氣的壓力和冷噴嘴直徑可以達到最優(yōu)化。噴嘴直徑的減少也將迫使空氣向熱端流動，并會導(dǎo)致對渦管效率的提高有一定影響。估計的性能系數(shù)可以用來給出了該冷卻系統(tǒng)的制冷性能，這是一個能夠確定渦流管的性能。這對渦流管性能系數(shù)計算用到公式（21），并發(fā)現(xiàn)了1.38的價值。與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)通常約為3.5的值相比，1.38這個值較低。即使這表明，渦流管是不是空調(diào)系統(tǒng)的理想器件，它仍然合適現(xiàn)場冷卻。對渦流管顯示設(shè)計的測試，寒冷氣流的溫

37、度下降的寒冷的質(zhì)量分數(shù)由、是渦流管的一個功能，如式（27）所示。從這些實驗情況表明，噴嘴使之產(chǎn)生一個最大降溫如圖 9所示。這已是最小光圈噴嘴直徑（直徑3毫米之間的發(fā)電機和冷渦管）?？梢詮倪@些測試得出結(jié)論，冷渦發(fā)生器出口直徑越小，溫度下降越大。檢查（圖8 - 11B條）顯示的趨勢，最低氣溫伴隨低的寒質(zhì)量分數(shù)發(fā)生。不幸的是，該流量計沒有測量接近零的寒冷質(zhì)量分數(shù)的能力。因此，它無法找到確切的最低氣溫出現(xiàn)時的寒冷的質(zhì)量分數(shù)。雖然，從圖就可以假設(shè)這個值將介于0和0.1。在冷空氣出口產(chǎn)生最大的溫降，同時在熱空氣出口產(chǎn)生最大的溫升，這個結(jié)果顯示在用噴嘴 1時寒冷質(zhì)量分數(shù)在0.6和0.7之間，如圖8

38、所示。 此圖形9顯示了不同噴嘴直徑圖的趨勢，從0都開始增加至最高點，然后有一個溫度下降趨勢。這種方式是可以預(yù)見的，因為它是已知的，寒冷的質(zhì)量分數(shù)低，一內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流有很高的比例加入在出口外流動的熱空氣，因此，熱氣流的溫度下降。由于錐形閥逐漸打開，一場更高的比例熱空氣逃脫出口，而其余部分則返回混入渦旋空氣中通過冷端回來。這讓熱氣流溫度增加至其最高點以及生成最冷空氣。繼續(xù)打開超出其最佳位置錐形閥可以通過額外的空氣逸出，使熱空氣出口溫度降低。該熱管的長度對能源上的渦管分離有重要的影響，可以由（圖10A條，二）證明。例如，通過增加熱管長度，溫度下降的快。這是由于空氣內(nèi)流有更多的時間將能量轉(zhuǎn)移到外部氣流。但

39、是，對大于對360毫米的渦流管進行測試顯示：一旦超出了熱管的最佳長度，溫度下降速度開始下跌。這種溫度的下降減少所造成的能量，使得外熱流量開始讓內(nèi)流升溫，當內(nèi)流時到達錐形閥，它返回到更冷的溫度冷端。從圖中可以得出結(jié)論說，所有的長度，最高溫度可以通過增加0.4和0.7之間的寒冷質(zhì)量分數(shù)進行測試。另外一個重要參數(shù)，對渦流管影響較大的是壓力，因為所示（圖11A條，乙），這表明一般通過增加更大的壓力，您會獲得一個溫度下降。薩迪和亞茲迪7從他們的研究還發(fā)現(xiàn)，通過增加管長，溫差增大，對能源的損失減少了。斯蒂芬7在他的實驗得到那些類似的趨勢，在米= 0.8米= 0.95間得到最高溫升。為此渦管的最高值被發(fā)現(xiàn)是

40、在m= 0.5和m = 0.7間，如圖11 b所示：作者與斯蒂芬的渦管比較這些寒冷分數(shù)的測試，存在幾何上的不同。風冷金屬切削在刀尖嵌入的熱電偶的位置圖12上顯示，最接近被測量工具接口由13個頻道（Ch13熱電偶）。圖13顯示了渦管，產(chǎn)生的冷空氣正在走上工具界面直接在金屬切削試驗。這一過程的空氣冷卻性能可以進行評估，確定了此加工條件對刀具壽命等的影響。如圖14所示的在測量工具提示之前加工與記錄-5的溫度熱電偶2，如通道熱電偶（Ch13）和（Ch15）表示當空氣渦流出口已達到-30左右，加工開始。正如在刀尖溫度升高的現(xiàn)象9，該工具上升到了60攝氏度的溫度穩(wěn)定狀態(tài)，如圖15所示。在最后一點溫度下降時

41、，表示已停止進料，沒有更多的鐵削正在生成。這使冷卻空氣流過該工具時提供一個從減少工具的溫度，加快工具更快的散熱，如圖16所示。 在切削實驗的過程中渦流管的霜凝可以清楚地看到確認，渦流管是提供極冷的空氣?？諝饫鋮s對刀具壽命的影響 據(jù)了解，所有的磨損機制都會減少高溫下刀具壽命10。 在寒冷的空氣中，應(yīng)用工具顯示會避免長時間在尖端的溫度下使用工具能夠讓刀具有一個較長的壽命11?？諝饫鋮s系統(tǒng)的效率可以顯示，磨損為干切一1分鐘，7分鐘的加工風冷削減之間的比較。圖第17A - D顯示的后刀面磨損下一個具有63光學(xué)顯微鏡的放大倍率設(shè)定時間。后刀面磨損的發(fā)展證明需要更長的時間，發(fā)展空氣冷卻時，應(yīng)用到切削區(qū)，如

42、圖17d所示。經(jīng)過七年的干式加工分鐘前刀面的月牙洼磨損開始發(fā)展，在0.5毫米的側(cè)面，如圖18a所示。干式加工將進一步加快這一磨損率。在這個階段，刀具半徑?jīng)]有顯示出磨損跡象和頂部側(cè)面邊緣沒有明顯的缺口?？諝饫鋮s工具顯示在頂部前刀面和后刀面磨損沒有明顯的跡象是刀具磨損也大大減少。在干燥和空氣的冷卻表示，該芯片產(chǎn)生的熱量多，正在切削區(qū)慢慢消退。圖19顯示了在干燥和空氣冷卻刀尖試驗產(chǎn)生的鐵屑。左側(cè)是干燥刀尖試驗和右側(cè)是空氣冷卻產(chǎn)生的鐵屑?？偨Y(jié)先前的研究，如劉等人。12證明，壓縮空氣沒有像油水乳液或水蒸汽達到工具的界面，使之良好散熱。然而，結(jié)果得到利用壓縮空氣與渦管結(jié)合表明，這種冷卻工具接口方法是有效的

43、，與傳統(tǒng)的冷卻方法相比,格外好。在圖20中可以看出，此種方法的溫度記錄是60，比傳統(tǒng)的濕加工降低40，比干加工低了210。這些溫度距工具界面1毫米開始測量，所以其在這個位置產(chǎn)生的溫度記錄要比工具表面的低一些。但是，必須假定該工具界面以及工具的測點的溫度將減少。因為我們知道，刀具壽命和磨損機制之間的關(guān)系將由切削溫度升高顯示出來，所以是檢測空氣冷卻效率的最便捷的方法就是通過檢測刀具壽命。該工具的使用在顯微鏡的尖端檢測證實，該工具被空氣冷卻時磨損減少，具有更長的刀具壽命。渦管空氣冷卻系統(tǒng)證明能夠使刀尖有效散熱，證明空氣冷卻是一個冷卻刀具尖端的有效方法。因此，干加工進行金屬切削時，空氣冷卻的首選方法應(yīng)納入，因為它沒有相關(guān)的環(huán)境問題，并延長了刀具壽命。參考文獻1. Silverman, M.P., 1993. The Wirbelrohrs Roar