深孔机床DF系统内部流场的数值模拟.pdf

第 1 2期 2 0 1 4年 1 2月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o d u l a r M a c h i ne To o l Au t o m a t i c M a n u f a c t u r i n g Te c hn i q ue NO． 1 2 De c ． 2 0 1 4 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 4 1 2 0 0 9 6 0 3 D O I 1 0 ． 1 3 4 6 2 ／ j ． c n k i ． m mt a m t ． 2 0 1 4 ． 1 2 ． 0 2 5 深孔机床 D F系统内部流场的数值模拟 木 潘杰 ， 庞俊忠 ， 常豆豆 中北大学 a ． 机械 与动力工程学院； b ． 山西省深孔加工工程技术研 究中心， 太原0 3 0 0 5 1 摘要 为提升深孔加工机床 的排屑性能 ， 对现有深孔机床 D F系统进行 了研 究， 结合湍流力学相关理 论建立 了D F系统的数学模型， 并运用 C F D软件 F l u e n t ， 选取标 准 k - e模型对 D F系统 内部流场进行 了数值模拟； 分析其速度场、 压力场、 能量场 ， 发现过 大的切削液压力并不能带来更好的 负压效果， 而 且 目前 D F系统的抽屑器入油 口分布、 射流间隙形状 、 后喷嘴尺寸仍会造成过 大的能量损失， 不利于 卷吸性能的发挥。这些为提高 D F系统的 负压效果提供参考依据 ，也可对深孔机床 D F系统结构参 数 的优 化设计 提供 理论 指 导。 关键词 D F系统； 负压； C F D； 数值模拟 中图分类号 T H1 6 5 T G 6 5 9 文献标识码 A Nume r i c a l S i mula t i o n o f Fl o w I n s i de d e e p- ho l e M a c hin e To o l DF Sy s t e m P A N J i e 一， P ANG J u n 。 z h o n g ， C HA NG Do u ． d o u ， a ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ； b ． R e s e a r c h C e n t e r o f D e e p h o l e Ma c h i n i n g E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ， N o r t h U n i v e r s i t y o f C h i n a ， T a i y u a n 0 3 0 0 5 l ， C h i n a Abs t r a c t To i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f c h i p r e mo v i n g o f d e e p h o l e ma c h i n e t o o l ，a i me d a t the e x i s t i n g d e e p h o l e ma c h i n e t o o l DF s y s t e m ，ma t h e ma ti c a l mo d e l wa s e s t a b l i s h e d b y t h e t h e o r y o f t u r b u l e n c e me c h a n i c s a n d the flo w i ns i d e wa s s i mu l a t e d wi t h a p pl y i n g the s t a n d a r d k一 8 mo d e l b y CFD s o f t wa r e F l u e n t ．Th r o u g h a n a l yz i n g v e l o c i t y fie l d，p r e s s u r e fie l d a n d e ne r g y f i e l d，the r e s u l t s ho ws t h a t e x c e s s i v e c u t ti n g flu i d p r e s s u r e i s n’ t e q ua l t o b e t t e r n e g a t i v e p r e s s u r e e f f e c t ．a n d DF s y s t e m s t r u c t ur e s ，s u c h a s t h e d i s t r i b u t i o n o f d u s t e x t r a c t o r o i l mo u th， j e t c l e a r a n c e s h a p e a n d the s i z e o f t h e b a c k n o z z l e ， c a u s e t o o l arg e e n e r g y l o s s t o e x e e n tra i n me n t p e rfo r ma n c e ．Th e a b o v e c o n c l u s i o n s p r o v i d e r e f e r e n c e s f o r i mp r o v i n g the n e g a tiv e p r e s s u r e e f f e c t o f DF s y s t e m a n d the o r e t i c a l b a s i s f o r the o p t i mi z a t i o n o f t h e d e e p h o l e ma c hin e t o o l DF s y s t e m s t r u c t u r a l p a r a me t e r s ． Ke y wo r d sDF s ys t e m ；n e g a t i v e p r e s s u r e；CF D ； n u me r i c a l s i mu l a t i o n 0 引言 深孔加工是 广泛应用 于机械 制造业 中的一种加 工 方法， 与其他常规加工方法最大的不 同是工作环境封 闭 ， 被加工孑 L 长 径 比 L ／ D5 大 ， 这 些造 成 了深 孑 L 加 工排 屑难 、 冷却难 、 刀 具 系统 刚度低 、 难 以在 线 监控 与 纠正等诸多方面问题⋯。其中， 排屑问题最为重要。 深孑 L 机床 D F系统 D o u b l e f e e d e r s y s t e m 正是 为解决排屑问题而产生的 如图 1 ， 通过油泵供给的 切削液经节流 阀后分成前后两支 前一支液流 伴随 流 进入输油器后 ， 经过钻套 、 已加工孔壁与钻杆、 钻 头体上的通油间隙流向切削刃， 将切屑推入钻头喉部 ， 经钻头内腔进入钻杆， 再进 入抽屑器。后一支液 流 主射流 进入抽屑器腔室 ， 经前 、 后喷嘴之 间的射流 间隙， 因流道变小而获得较高的流速和能量 ， 在钻杆末 端产生负压区域， 使伴 随流被吸入并与被加速的主射 流混合 ， 通过剪切作用， 伴随流速度和能量提高 ， 加速 排出切屑 。此 系统在一定程 度上解决 了 中等 口径深孑 L 加工的排屑难问题， 但由于其结构并没完善， 其性能也 未完全发挥 。 1 ． 工件 2 ． B T A钻头 3 ． 钻套 4 ． 输油器 5 ． 钻杆 6 ． 钻杆夹头 7 ． 前喷嘴 8 ． 抽 屑器 9 ． 后喷嘴 图 1 深孔机床 D F系统 示意图 收稿 日期 2 0 1 4 0 41 0 基金项 目 山西省 自然科学基金资助项 目 2 0 1 3 0 1 1 0 2 4 4 ； 国家 国际科技合作项 目” 精密高效深孔加工关键技术合作研究” 2 0 1 3 Z R 0 3 3 0 作者简介 潘杰 1 9 8 8 一 ， 男， 河北宁晋县人 ， 中北大学硕士研究生 ， 研究方向为深孔加工技术， Em a i l a ma t h b o y 1 6 3 ． c o rn。