机械工程学报

作者：王永青, 韩灵生, 刘阔, 刘海波, 班仔优, 郭东明

单位：大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 大连 116024

关键词：难加工材料,超低温冷却,液氮,超低温机床,动密封；

基金：长江学者特聘教授奖励计划（T2017030）、国家自然科学基金（U1608251、51775085、51621064）、辽宁省兴辽英才计划（XLYC1807081）、大连市高层次人才创新支持计划（218RD05）和高性能复杂制造国家重点实验室开放课题（Kfkt2016-5）资助项目。

超低温冷却加工是一种以钛合金、复合材料为代表的难加工材料高质高效加工方法。刀具中内喷式冷却是将液氮通过主轴和刀柄的内腔通道引导至刀尖处。与刀具外喷淋冷却相比，内喷方式对切削区域及刀具的冷却更加充分。常规机床主轴和刀柄无法实现液氮传输功能，其材料和结构更不能满足超低温隔热与动密封要求。为解决机床结构中液氮因汽化和泄漏导致相态、流量、压力等传输特征稳定性差、不可控的难题，提出基于定向导引与热阻强化的隔热方法，建立唇形密封在超低温介质下的接触应力模型，提出局限空间内的超低温动密封方法，研制保障液氮可靠传输的中空隔热主轴-刀柄；揭示热交换与两相流压降对液氮传输稳定性的影响机理，构建液氮射流状态精准调控系统。开发国内首台液氮内喷式超低温加工机床，开展液氮传输调控试验与钛合金切削试验，结果表明：主轴隔热、密封性能良好，液氮传输状态稳定且调控精准度高，超低温加工表面粗糙度较干切削降低约50%，冷却效果显著。

来源：2020年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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