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30Cr3SiNiMoVA超高强度钢以铣代磨试验研究

作　者: 王湘
导　师: 陈明
学　校: 上海交通大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 超高强度钢高速铣削参数优化刀具磨损以铣代磨
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

超高强度钢不但具有很高的强度和硬度,还有着一定的塑性和韧性,被广泛应用于航空航天等领域。但是它高强度、高硬度、低导热率的特点,使其成为一种难加工材料。传统加工超高强度钢,一般均采用粗加工切削和精加工磨削相结合的工艺方法,这样整个加工工序流程多,装夹耗时长,加工效率低。而且,磨削加工时,磨削力大、磨削温度高,容易造成工件表面烧伤,加工质量不能得到保证。低下的生产效率和加工质量迫使人们选择高速切削的加工方式对其进行精加工,即以切代磨。随着高速机床性能的不断提高以及新型刀具材料的研发,高速切削技术已经广泛应用到航空航天、模具制造、汽车、工程机械等各个领域。采用高速切削,不但能大大地提高加工效率,还能获得良好的加工质量。因此,采用高速切削,尤其是高速铣削,代替原来的磨削精加工,实现超高强度钢等难加工材料的精切代磨,成为近年来研究的热点。然而,高速切削加工的机理还有待进一步的深入研究;同时,目前对超高强度钢切削加工的研究还很少,缺乏可靠的理论和实际指导,这些都制约了实际生产中超高强度钢以铣代磨工艺的开展。针对目前超高强度钢加工的研究现状,本文主要针对30Cr3SiNiMoVA的高速铣削加工性能进行研究;并通过材料磨削和铣削的加工对比,探求超高强度钢以铣代磨工艺方案的可行性。课题研究主要包括以下几方面内容:1.采用正交实验设计,从切削力、切削振动、加工表面质量等指标考察材料的高速铣削性能,建立了超高强度钢铣削加工时切削力、切削振动、表面粗糙度相对于切削参数的预测模型,深入分析切削用量的变化对切削力、切削振动、和表面粗糙度的影响规律。2.根据已建立的切削力、表面粗糙度的回归模型,采用多目标规划法进行切削参数优化,为超高强度钢在实际生产中选择最优切削用量提供分析问题和解决问题的理论方法。3.根据得出的铣削优化结果,进行刀具磨损试验,研究涂层刀具在高速铣削超高强度钢时的磨损和失效形式,并对其机理进行分析,为生产线上刀具的使用提供依据。4.采用单因素试验法,进行超高强度钢的磨削试验。同时,以表面粗糙度、残余应力、硬度变化,以及切削力为衡量指标,比较两种加工方式的优劣,结合加工实例验证了超高强度钢以铣代磨工艺的可行性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 超高强度钢的性能及加工特点  10-11
  1.3 高速切削加工概述  11-16
    1.3.1 高速切削加工定义  11-13
    1.3.2 高速切削机理的研究  13-15
    1.3.3 高速切削加工的优越性  15-16
    1.3.4 高速硬切削技术  16
  1.4 课题背景和研究内容  16-18
第二章试验系统和试验方案  18-29
  2.1 工件材料  18-20
  2.2 加工系统  20-21
  2.3 在线检测系统  21-23
    2.3.1 测力系统  21-22
    2.3.2 切削振动采集系统  22-23
  2.4 离线检测系统  23-25
    2.4.1 显微镜和显微摄像系统  23-24
    2.4.2 粗糙度测量系统  24
    2.4.3 材料和刀具分析系统  24-25
  2.5 试验方案  25-27
    2.5.1 铣削性能正交试验  25-27
    2.5.2 刀具切削磨损试验  27
    2.5.3 磨削试验及其与铣削的对比研究  27
  2.6 本章小结  27-29
第三章 30CR351NIMOVA超高强度钢高速铣削试验研究  29-38
  3.1 试验装置和刀具  29-30
  3.2 切削力试验研究  30-33
    3.2.1 切削力来源  30-31
    3.2.2 切削力分析  31-33
  3.3 切削振动试验研究  33-35
  3.4 表面粗糙度试验研究  35-36
  3.5 切屑形态  36-37
  3.6 本章小结  37-38
第四章切削参数优化以及刀具磨损机理  38-53
  4.1 切削参数优化  38-46
    4.1.1 切削力和表面粗糙度回归分析  38-41
    4.1.2 多目标法参数优化  41-46
  4.2 刀具磨损试验及磨损机理  46-52
    4.2.1 刀具磨损形态和原因  46-47
    4.2.2 刀具磨损试验  47-50
    4.2.3 刀具磨损机理分析  50-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章 30CR351NIMOVA磨削及以铣代磨试验研究  53-63
  5.1 磨削试验结果及分析  53-57
    5.1.1 切削液对加工的影响  53-54
    5.1.2 砂轮线速度对加工的影响  54-55
    5.1.3 工件进给速度对加工的影响  55-56
    5.1.4 磨削深度对加工的影响  56-57
  5.2 磨削和铣削加工对比分析  57-62
    5.2.1 切削力和表面粗糙度对比  58
    5.2.2 表面完整性对比分析  58-60
    5.2.3 加工实例  60-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 研究展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表的学术论文目录  69-71

30Cr3SiNiMoVA超高强度钢以铣代磨试验研究

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