高速切削技術(shù)作為先進制造技術(shù)與傳統(tǒng)方法比較,因為獨特的加工特性和潛在的應(yīng)用價值,已經(jīng)成為21世紀(jì)重要的研究課題之一。金屬材料的高速加工通常產(chǎn)生鋸齒形切屑,鋸齒形切屑的形成幾乎影響整個切削過程,它包括切削溫度、切削力、表面質(zhì)量等。因此研究高速切削過程中鋸齒形切屑的形成過程與切削參數(shù)之間的關(guān)系是十分必要的,切屑的形態(tài)和切削力是切削機理的重要組成部分。高溫合金是航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的典型的耐高溫合金材料之一,由于高溫合金的摩擦系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)低、淬火硬化等因素,導(dǎo)致切削力、切削溫度高以及刀具磨損嚴(yán)重等,嚴(yán)重影響著加工效率和加工質(zhì)量。在本文中,針對鎳基高溫合金GH4169進行了研究,尤其對其高速切削加工性能進行了深入的研究。根據(jù)實驗結(jié)果,優(yōu)化了高速切削加工的工藝參數(shù)。本論文主要的研究工作如下:(1)通過分析高速切削變形機理,發(fā)現(xiàn)高速切削時易于出現(xiàn)鋸齒形切屑。根據(jù)絕熱剪切理論推理集中剪切滑移切削模型和切削方程式。(2)采用有限元軟件ABAQUS創(chuàng)建簡化的二維正交切削有限元模型,模擬高速切削時切屑的形成過程,將加工刀具的前角、切削速度、切削厚度等不斷調(diào)整,探討對切屑形態(tài)的影響規(guī)律。(3)通過有限元瞬態(tài)仿真分析不同切削參數(shù)對切削力的影響。從仿真結(jié)果看出,切削力隨著刀具前角的增大而減小,隨切削速度的增大和切削厚度的減小而減小,兩者達到了很好地一致性,為實際生產(chǎn)提供了理論支持。(4)設(shè)計正交實驗表,通過正交實驗測出不同切削用量下的切削力的實驗數(shù)據(jù),并用數(shù)值計算法對數(shù)據(jù)處理,與有限元分析的數(shù)據(jù)利用曲線圖的方法直觀的對比發(fā)現(xiàn),有限元模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)基本一致。(5)設(shè)計高速切削鎳基高溫合金切屑形狀實驗。保證其他參數(shù)不變,只改變切削速度,在實驗中收集每一組實驗數(shù)據(jù)的切屑并通過ZIESS-LSM700電鏡掃描拍照,分析不同切削速度的切屑形狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn),鎳基高溫合金有帶狀和鋸齒形兩種切屑形態(tài),兩者之間有一個臨界切削速度(60m/min),當(dāng)切削速度大于這個值時由于集中剪切滑移形成鋸齒形切屑。(6)設(shè)計實驗測量高速切削時刀具磨損形態(tài)和刀具壽命。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在高速切削鎳基高溫合金時刀具磨損主要是粘結(jié)磨損、崩刃和片狀脫落。測量不同切削參數(shù)值的刀具使用壽命值,結(jié)果表明,切削深度對刀具的使用壽命影響最大。(7)對鎳基高溫合金高速銑削參數(shù)進行了優(yōu)化研究。基于最小化加工成本和最大化生產(chǎn)率的目標(biāo),建立了基于工件、機床、工具和加工要求約束的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化模型。使用MATLAB遺傳算法工具箱和圖形用戶界面工具箱(GUI),在給定條件下對參數(shù)進行優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG506.1
【部分圖文】：

統(tǒng)的方法不但耗時而且成本昂貴，所以在本文中采用有限元了得出切削用量與切屑形態(tài)、切削力之間的關(guān)系，在模擬加對照試驗以模擬不同情況下的切削結(jié)果，有利于加深對高溫及這種材料它本身性能的認(rèn)知。加工闡述德國薩洛蒙博士提出了高速切削（High Speed Cutting，HS業(yè)界產(chǎn)生轟動性的效應(yīng)，一度成為這個領(lǐng)域的最重要的發(fā)現(xiàn)速切削技術(shù)是屬于新世紀(jì)的制造技術(shù)。加工的定義加工技術(shù)起源于二十世紀(jì)末，德國物理學(xué)家薩洛蒙進行了一31 年被授予德國專利“具有相似加工特性的金屬材料加工設(shè)，成為高速切削第一個里程碑[3]。圖 1-1，就是我們在文獻速度與切削溫度關(guān)系曲線[4]。它是由薩洛蒙通過做大量的實。圖中，虛線表示推測結(jié)論，實線表示實驗數(shù)據(jù)。鋼1600

鎳基高溫合金高速切削參數(shù)優(yōu)化研究為止，高速切削并沒有在學(xué)術(shù)界得到一個公認(rèn)的定義，只有一個相速而言的相對概念。所謂的高速切削在不同的機床、走刀程序、加的影響下也會有不一樣的定義，它的速度不是一個定值。我們對高速切削有 4 種傳統(tǒng)概括[5]種切削方法的切削速度范圍。例如銑削它的切削速度可以達到 200~00~19000m/min；車削 500~6000m/min；鉆削 1100~100m/min。結(jié)各種材料。德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)（Darmstadt University of Te、工藝與機床研究所（Institute of Production Management，Techools ）將黃銅、纖維強化材料等不同的材料做高速切削加工，獲得削速度范圍，并繪制了示意圖如圖 1-2 所示。材料類型

切屑包括了四種，即帶狀、鋸齒型、單元型、崩碎型，詳見下圖2-1。高速切削鋼，尤其是難加工材料，隨著切削速度的提高，切屑的形狀也會變化，最初為帶狀，后來為粒狀，最初為連續(xù)的，后來為非連續(xù)的，最后，演變成切屑單元體互相分離的崩碎型切屑。因此，分析高速切削切屑的變形特性對切削加工來說十分必要。a）帶狀切屑 b）鋸齒狀切屑 c）單元 切屑 d）崩碎切屑圖 2-1 切屑類Fig.1-2 Cutting speeds for different materials2.1.1 切屑變形的一般規(guī)律被切削層在刀具的擠壓作用下出現(xiàn)彈塑性變形，第一變形區(qū)發(fā)生形變并沿著剪切面滑動，在刀刃的前端分離，一部分沿著前刀面第二變形區(qū)因擠壓、摩擦產(chǎn)生切屑，另外一部分與刀具后刀面摩擦擠壓形成已加工表面。材料的形變主要出現(xiàn)在第一形變區(qū)，即為主變形區(qū)。切屑形變涉及到的參數(shù)包括：變形系數(shù) ξ、相對滑移 和剪切角 φ[35]。三者彼此間存在如下關(guān)系： φφγξsin0 cos（2-1）00sincosξγγφ tan （2-2）

【參考文獻】

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本文編號：2828500