三、切削过程中传热学应用
金属切削加工是机械制造中极为重要的制造手段。切削过程中,刀具与工件之间会产生切削热,使刀具和工件升温,带来材料的性能变化,最终影响加工质量。因此在切削过程中往往会加入切削液冷却。利用传热学的知识,可以研究切削液在金属切削过程中的作用机理,建立切削液冷却模型,得到传热参数对切削热传输的影响,在此基础上确定切削液供给的最佳方位。
研究表明,切削液加入切削区后,能提高切削区热表面与外界的对流换热能力,从而降低该区域的温度。然而,仅仅将切削液加到欲降温的区域是不合理的。比如为了减小刀具前刀面的磨损,经常将切削热加入切屑和前刀面的交界处。此时由于前刀面与外界的传热能力提高,第二变形区切削热传入刀具的比例增大,这对降低前刀面的温度不利。如果在将切削液加到前刀面处的同时再加到切屑的上表面或刀具的后刀面上,前刀面的降温效果就会好些。
在选择切削液的加入方式以起到冷却作用时,应考虑到切削液的加入对热量分配系数的影响。如果将切削液同时加入切削区的不同位置,则会引起热量分配系数变化不大,而不同切削区边界的散热能力都得以提高,从而在工件、刀具及切屑三方面均起到降温作用。
在切削过程中需要对温度进行监控,有热电偶法、辐射热计法、PbS电池法、锗光电二极管法、红外线干板法、热敏颜料法、热电阻法、量热计法等,都要用到传热学的知识。
四、机械系统的散热
机械系统中有机械构件和电气元件,需要设计专门的散热器。
如汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的一个组成部分,其性能的好坏对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大影响。带有百叶窗的散热器具有切断散热带上的气体边界层的发展、减薄边界层厚度、提高散热器性能的作用。目前国内散热器产品中,开百叶窗的散热带及管状带式散热器产品所占的比例明显上升,产品结构向紧凑、高效、低耗、轻量化方向发展。
近年来,随着计算机处理器(CPU)逐渐朝着小型化、高功能化和高频化发展,相对的,其单位面积所散发出的热量(发热密度)越来越高,因此电子散热的问题也越来越严重。为了避免热量累积导致温度过高而损坏微处理器,通常在