引言
石墨材料因具有質軟、良好的導熱、導電和耐高溫性能等特點被廣泛應用于航空航天、儀器儀表與機械制造等行業。在模具行業,由于石墨材料的電極具有消耗小、加工速度快、耐高溫、加工精度高等優點逐漸代替銅電極, 針對石墨加工特點而設計的石墨高速加工中心需求也日益增加[1-4]。
石墨材料加工一般采用干式切削方法,切削過程主要是通過脆性斷裂生成崩碎型切屑顆?;蚍蹓m來實現,因而會產生大量的切屑顆粒和粉塵,影響人體健康,降低機床和刀具使用壽命。通常為保證石墨電極加工質量,在刀具切削處裝有風力噴嘴,將切屑/粉塵吹出已加工表面,使石墨件加工表面潔凈,如圖1 所示。
1 石墨高速加工中心
該文研究的石墨高速加工中心(石墨機)為龍門式,在防護鈑金頂部設計了進風口,機床后部設有吸塵口,其他部位密封良好,因而,加工工作區可視為一個半密閉空間。加工時產生的石墨切屑和粉塵,沿進風口進入的氣流,送入集塵器(重力沉降室/旋風分離器/袋濾器),再將含塵的氣固兩 相流進行分離,凈化后空氣排入大氣[5]。
加工中心主軸轉速為10 000~60 000 r/min,進給速度可達60 m/min。為保證加工表面質量和精度,粗加工時切削深度多控制1 mm 左右,切屑顆粒0.5~1 mm;精加工切削深度為0.1 mm。石墨加工中心由多個部件裝配而成,為有效地進行流體分析和方便觀察,對機床三維模型內空間進行了簡化處理,并設置為半透明狀態,簡化后的模型如圖2 所示。
該文擬通過改變包括和進、出風口的位置和數量,導流板設置的位置等,尋求最佳除塵效果。
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石墨機干式除塵系統功能的優劣一直是提升整機綜合性能的一項重要指標,由于空氣和石墨粉塵的可觀察性極差,過去設計只能依靠不斷修改實際機床防護觀察實際效果以積累經驗,改善的途徑不清晰。針對上述問題, 該文做了以下工作:
(1) 采用Solidworks Flow Simulation 流體分析軟件,對半密閉機床內部通過計算機仿真分析,得到流場跡線圖和速度分布云圖,為評價方案的優劣和下一步的詳細結構設計提供可行的依據。
(2) 對比分析了幾種排塵方案的仿真結果,確定方案Ⅶ較優,即位置①為進風口,位置①為出風口,在位置④和⑤增設導流板,可獲得較優流場跡線和速度分布,如圖10、11 所示。
(3) 對導流板具體結構尺寸以及安裝位置還可進一步優化,以求取得更好的效果。
(4) 通過模擬分析,可大大縮短產品設計的周期,降低設計和試驗的成本,提高新產品的開發效率。
2020-10
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2020-10
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2020-10
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2020-10
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