【摘要】：AP1000核電機(jī)組在我國(guó)核電站應(yīng)用廣泛,蒸發(fā)器水室封頭是該機(jī)組設(shè)備的主要零部件,其材料為難加工材料508Ⅲ鋼,具有較高的硬度、塑性及強(qiáng)度,重型切削作為其主要加工方式,屬于典型的極端制造。水室封頭在加工過(guò)程中切削參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通切削(切削速度一般為300~400m/min,進(jìn)給速度為1~1.2m/min,切削深度可達(dá)4mm以上),刀具在加工過(guò)程中承受較大循環(huán)沖擊載荷,導(dǎo)致刀具損傷失效問(wèn)題嚴(yán)重。同時(shí)由于鍛造水室封頭毛坯銑削去除余量大,表面缺陷較多,加工效率較低。針對(duì)以上問(wèn)題,本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、有限元分析及切削性能評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行研究,進(jìn)行水室封頭材料加工刀具切削性能研究及設(shè)計(jì)優(yōu)化,對(duì)重型切削刀具的開(kāi)發(fā)具有重要的理論價(jià)值和意義。首先,從水室封頭結(jié)構(gòu)、材料以及加工技術(shù)等方面對(duì)重型切削過(guò)程加工特性進(jìn)行分析;分別結(jié)合銑削實(shí)驗(yàn)與仿真模擬對(duì)切削力與切削熱進(jìn)行研究;探討重型切削過(guò)程中載荷特性對(duì)刀具材料損傷的影響,為硬質(zhì)合金刀具失效行為研究提供一定的理論依據(jù)。其次,通過(guò)理論、實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法,采用不同材料、結(jié)構(gòu)、涂層的刀片進(jìn)行切削試驗(yàn),分析不同刀片的抗損傷性能;同時(shí)運(yùn)用有限元分析方法,對(duì)刀片切削區(qū)域進(jìn)行熱-機(jī)械沖擊載荷分析,并根據(jù)水室封頭重型銑削刀具損傷機(jī)理,結(jié)合損傷模型和壽命預(yù)測(cè)模型,提出重型高效切削刀片的“材料-結(jié)構(gòu)-涂層”匹配原則。再次,對(duì)水室封頭材料加工刀具設(shè)計(jì)優(yōu)化及分析,通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析層切面銑刀的應(yīng)用可行性,針對(duì)難加工材料508Ⅲ鋼的大加工余量,對(duì)硬質(zhì)合金刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),以最優(yōu)加工效率和刀具壽命為目標(biāo)建立切削參數(shù)優(yōu)化模型,利用MATLAB軟件編寫(xiě)遺傳算法的切削參數(shù)優(yōu)化程序,得出最優(yōu)參數(shù),并根據(jù)切削參數(shù)對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后,對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化的硬質(zhì)合金刀具切削性能進(jìn)行評(píng)價(jià),在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上選擇評(píng)價(jià)指標(biāo),基于模糊數(shù)學(xué)理論,進(jìn)行綜合模糊評(píng)價(jià),為重型高效切削及提高加工質(zhì)量和刀具壽命提供技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM623;TG71
【圖文】：

課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于損傷力學(xué)刀具失效機(jī)理的極效銑削基礎(chǔ)研究”(51675145)。 課題研究的目的和意義階段，無(wú)論是在航空航天方面，還是化工能源方面，我國(guó)都保持較快度，在社會(huì)快速發(fā)展的過(guò)程中，增加了對(duì)大型異形零部件的需求，對(duì)量、精度等提出了較高的要求。這些零件的重量從幾十噸到上百?lài)嵡曳浅?fù)雜，零件的材料大多屬于難加工材料[1]，這些大型零部件的工作惡劣，最重要的是，必須經(jīng)過(guò)鍛壓成型這個(gè)階段才能形成毛坯，但當(dāng)?shù)藉懺旒夹g(shù)的約束，不能從整體層面上對(duì)大型零部件進(jìn)行成型鍛造，件毛坯進(jìn)行鍛造，使之形成圓柱形、方形等形狀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行切最終完成零件加工過(guò)程。對(duì)大型異形零部件進(jìn)行切削，從本質(zhì)上來(lái)講型切削[2-4]，切削參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通切削�；诖笮彤愋瘟悴考懠怼⒉牧闲再|(zhì)和形狀等，在重型切削加工過(guò)程中，刀具選擇、研發(fā)面臨挑戰(zhàn)。

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文析[11]；傅曉錦等圍繞刀具壽命、生產(chǎn)效率等進(jìn)行研究時(shí)，針對(duì)切削參數(shù)構(gòu)建模型進(jìn)行優(yōu)化分析，運(yùn)用遺傳算法來(lái)求解水室封頭的最優(yōu)切削參數(shù)，從實(shí)際運(yùn)用的效果來(lái)看，明顯改善加工過(guò)程，效率得到明顯提升[12]；張景利等圍繞核電節(jié)零件展開(kāi)研究工作，在分析切削參數(shù)時(shí)充分運(yùn)用分析、統(tǒng)計(jì)手段，取得了具有明顯進(jìn)步意義的研究成果[13]，如圖 1-2 所示。對(duì)于鈦合金和鋁合金薄壁整體式結(jié)構(gòu)零件的加工，主要采用數(shù)控超高速銑削，如美國(guó) The Boeing Company 以及法國(guó) Dassault aircraft company 兩大公司；對(duì)于飛機(jī)上所需的平面陣列天線撓性陀螺框架、波導(dǎo)管等零件，Hughs Aircraft 在加工過(guò)程中充分發(fā)揮精密超高速銑削技術(shù)的作用，呈現(xiàn)出良好的效果；Mikron 經(jīng)過(guò)不斷摸索，成功開(kāi)發(fā)高速銑削加工中心 HSM700，快速進(jìn)給發(fā)生了明顯的變化，可達(dá) 40m/min。

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