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淬硬钢超高速铣削机理研究

作　者: 曾湘黔
导　师: 陆名彰
学　校: 湖南科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 超高速铣削淬硬钢切削力切屑粗糙度
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 157次
引　用: 4次
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内容摘要

淬硬钢具有耐磨性好、使用寿命长的显著优点,在工模具制造领域具有广泛的用途。妨碍淬硬钢获得更广泛应用的主要问题在于淬硬钢的硬度和强度高,采用传统方法加工时加工效率低、刀具易磨损、成本高。超高速铣削技术是一种高效高精度的先进制造技术。与传统的粗加工—半精加工—热处理—磨削加工工艺比较,采用超高速铣削工艺加工淬硬钢具有明显的优势。工业发达国家在超高速铣削加工机理研究和应用方面做了大量工作,已成功地开发出工业应用的超高速铣床与加工中心。国内在这方面的发展相对滞后。为了促进超高速铣削的应用与发展,必须对超高速铣削的机理研究与应用进行深入的研究。本文的研究采用如下试验方案:①刀具:硬质合金球头精加工立铣刀:②铣削方式:顺铣、干切削;③切削用量范围:主轴转速为10000-24000rpm,背吃刀量为0.01-0.1mm,进给量为0.1-0.15mm/r;④工件材料:淬硬Cr12钢(HRC63-64)。本文通过大量试验,研究了超高速铣削淬硬Cr12钢时切削用量(切削速度、背吃刀量和进给量)对切削力的影响规律,并在试验数据的基础上,建立了超高速铣削淬硬Cr12钢时铣削力的经验公式;分析了各切削用量对工件表面粗糙度的影响规律,并采用正交试验法分析了各切削用量对工件表面粗糙度影响的大小;针对所观察到的切屑新现象,提出了自己对超高速铣削淬硬Cr12钢时切屑形成机理的见解。本文的研究表明:①超高速铣削淬硬钢具有铣削力小,工件表面粗糙度低的显著优点,但加工时应根据工艺条件合理选择切削用量,在保证加工质量的同时,取得加工效率和生产成本的平衡。②超高速铣削淬硬钢时,切屑宏观表现为颗粒极小的粒状切屑,但在扫描电镜微观照片下切屑微观形态呈锯齿状,且其齿距(绝热剪切带宽度)与切削速度、背吃刀量和进给速度有关,表明切屑内部局部应力的突变导致切削层金属发生了以剪切滑移为主的塑性变形,属于典型的绝热剪切。本研究不仅对超高速铣削机理的研究有一定的理论价值,而且具有一定的工程应用参考价值。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-18
  1.1 超高速切削技术概述  10-13
    1.1.1 超高速切削概念与特点  10-12
    1.1.2 超高速切削发展国内外现状  12-13
  1.2 淬硬钢材料的特性及其应用  13-14
  1.3 淬硬钢超高速铣削的优越性  14
  1.4 淬硬钢超高速铣削加工研究现状  14-15
  1.5 本论文研究内容  15-17
    1.5.1 选题背景  15-16
    1.5.2 本论文课题来源  16
    1.5.3 本论文研究方法  16-17
  1.6 本章小结  17-18
第二章超高速铣削关键技术概述  18-36
  2.1 超高速铣削机床  18-22
    2.1.1 高速电主轴  18-20
    2.1.2 高速进给系统  20-21
    2.1.3 超高速机床支承结构  21-22
  2.2 超高速铣削的刀具技术  22-24
    2.2.1 超高速铣削刀具材料  22-23
    2.2.2 超高速铣削刀具几何参数与结构  23-24
  2.3 超高速铣削刀具夹持技术  24-29
    2.3.1 超高速铣削主轴/刀柄联接技术  24-27
    2.3.2 超高速铣削刀具/刀柄联接技术  27-29
  2.4 超高速铣削数控技术  29-30
  2.5 主轴/刀具动平衡技术  30-34
    2.5.1 超高速加工动平衡技术标准  30-31
    2.5.2 超高速加工中动不平衡产生原因  31-32
    2.5.3 超高速加工中刀具/主轴动平衡解决方案  32-33
    2.5.4 在线动平衡系统  33-34
  2.6 超高速铣削机床系统选用原则  34-35
  2.7 本章小结  35-36
第三章淬硬钢超高速铣削切削力的试验研究  36-51
  3.1 铣削力模型  36-38
    3.1.1 铣削层参数  36-37
    3.1.2 铣削力经验模型确定  37-38
  3.2 试验目的  38-39
  3.3 试验设备及仪器  39
  3.4 试验原理  39-41
  3.5 试验方案设计  41-42
  3.6 切削参数对切削力的影响  42-49
    3.6.1 主轴转速对切削力的影响  42-46
    3.6.2 背吃刀量对切削力的影响  46-47
    3.6.3 进给速度对切削力的影响  47-49
  3.7 本章小结  49-51
第四章淬硬钢超高速铣削表面粗糙度的试验研究  51-61
  4.1 已加工表面粗糙度形成过程  51-52
  4.2 理论粗糙度计算模型  52-53
  4.3 超高速铣削表面粗糙度试验研究  53-56
    4.3.1 试验目的  53-54
    4.3.2 试验仪器及设备  54
    4.3.3 试验原理  54
    4.3.4 试验方案设计  54-56
  4.4 影响超高速铣削表面粗糙度因素分析研究  56-59
    4.4.1 切削速度对己加工表面粗糙度的影响  56
    4.4.2 背吃刀量对己加工表面粗糙度的影响  56-57
    4.4.3 进给速度对己加工表面粗糙度的影响  57
    4.4.4 多因素分析  57-59
  4.5 本章小结  59-61
第五章淬硬钢超高速铣削切屑形成机理研究  61-70
  5.1 超高速铣削中切屑形成机理研究现状  61-63
  5.2 试验目的  63
  5.3 试验仪器与设备  63-64
  5.4 试验原理  64-65
  5.5 切屑形态的试验研究  65-69
    5.5.1 切屑形成过程  65-67
    5.5.2 切削参数对切屑形态的影响  67-69
  5.6 本章小结  69-70
第六章结论与展望  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 对进一步工作展望  71-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目  77-78
致谢  78-79
附录：主要符号表  79

淬硬钢超高速铣削机理研究

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