38000字硕士毕业论文P20模具钢快速铣削表面粗糙度及铣削参数的研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38000字

论点：铣削,切削,表面

论文概述：

在高速铣削模具加工中，铣削参数的选取还没有一个定性的标准，往往由于参数选择不当而使表面加工精度达不到要求，效率也较低。因此，运用较少的试验建立精度较高的表面粗糙度预测模型

论文正文：

第一章螺纹理论

1.1课题研究的目的和意义
许多技术人员依靠经验公式或参考手册来确定切削参数，这些参数往往由于保守的数值而达不到精度要求，甚至破坏机床的安全性，从而使高速切削的优势无法充分发挥。因此，有必要用较少的试验建立精度较高的表面粗糙度预测模型，在实际加工前合理预测表面粗糙度，并设计合理的切削工艺方案来指导实际生产。
近年来，随着高速切削技术的快速发展，高速切削技术的研究越来越深入。同时，由于日益激烈的市场竞争，对加工质量和加工效率提出了更高的要求。切削参数的正确选择是保证加工质量和效率的前提。在不同的表面粗糙度技术要求下，研究切削参数的最佳组合，可以在加工前准确选择各种参数，消除试切削方法的重复试验，提高生产效率和企业效益，为建立高速加工切削参数数据库提供依据。因此，研究高速切削表面粗糙度与切削参数的关系，建立精确的表面粗糙度预测模型，优化切削参数组合，在实际加工中具有重要意义。

1.2高速切削技术
在高速切削条件下，每种材料都有一个速度“死区”。在这个速度范围内，任何材料的切削刀具都不能承受如此高的切削温度，以至于不能进行切削。当切削速度超过该范围时，切削温度将缓慢升高，单位切削力也将降低，切削效率将提高。“高速”是高速加工技术中的一个相对概念。到目前为止，对高速加工还没有统一的认识。目前，高速切削的定义主要如下:
(1)1978年，CIRP切削委员会提出以(500~700)m/min的线速度切削是高速切削。
(2)对于铣削，高速切削是指刀架达到平衡要求时的速度。根据ISO1 940标准，当主轴速度高于8000转/分钟时，进行高速切削。
(3)德国达姆施塔特理工大学生产工程与机床研究所(PTW)提出，速度高于正常切削速度(5 ~ 10)倍的切削被定义为高速切削。
(4)从主轴设计的角度来看，高速切削是由已使用多年的DN值来定义的。当DN值达到(5 ~ 2000) × 105 mmr/min时，即为高速切削。
(5)高速切削是从刀具和主轴的动态角度来定义的。该定义取决于工具振动的主模态频率。在美国国家标准协会/美国机械工程师协会标准中，它用于选择切削性能测试的速度范围。

1.3表面粗糙度研究

1.3.1表面粗糙度对产品质量的影响
表面粗糙度直接影响产品质量，尤其是在高速、高温和高压条件下的零件。为了合理选择表面粗糙度参数，首先要了解其对产品质量的影响。
(1)当两个表面接触时，表面越粗糙，有效接触面积越小，接触点的压力越大，从而形成干摩擦。然而，表面粗糙度值太小，容易发生分子结合，难以储存润滑液，反而加剧了磨损。
(2)初始磨损对间隙配合面的影响最大，粗糙度越大，由急剧磨损引起的间隙变化越大，对配合稳定性的影响越大。对于干涉配合表面，粗糙度越大，干涉减少越多，连接刚度越低。
(3)影响零件抗疲劳性的加工表面越粗糙，表面条纹标记越深，条纹底部半径越小，抗疲劳损伤能力越差。在交变载荷的作用下，容易产生裂纹。
(4)影响零件密封性能的零件表面不能绝对光滑。由于表面层的突出，两个表面不能紧密连接。表面越粗糙，间隙空越大，气体或液体泄漏的可能性就越大。
(5)如果影响零件耐腐蚀性的表面粗糙度较大，表面容易吸收和积聚气体和液体，如果它们所处的介质具有腐蚀性，就会发生腐蚀。
因此，在零件的制造过程中，有必要确保它们获得规定的表面质量，特别是表面粗糙度的要求，以便更好地掌握加工表面质量的变化规律。

第二章高速铣削表面粗糙度的实验研究

选择最佳铣削参数是获得高质量加工表面的关键。目前，很难从理论上定量揭示高速铣削中各种参数对表面粗糙度的影响规律。许多企业只能在大量试切的基础上不断调整铣削参数。这种生产方式不仅造成巨大浪费，而且难以获得更稳定的加工表面质量。为了解决这一问题，通常采用实验的方法来研究铣削参数与表面粗糙度之间的关系。本章是为了解决多因素、单指标的试验问题，采用正交试验方法，可以充分研究试验因素对表面粗糙度的影响，以较少的试验次数确定最佳铣削参数。

2.1正交试验设计理论概述

2.1.1正交试验设计的基本定义
正交试验是科学设计和分析多因素试验的有效试验设计方法。根据正交性，从总体测试中选取一些具有“均匀分散、均匀性和可比性”的点进行测试，并给出了一系列测试结果的科学分析方法。在实际生产和科研中，经常需要通过一定的测试获得一些测试数据。对这些数据进行科学分析或数学处理，可以找出问题的主要矛盾方面及其相互关系，阐明问题的内在规律，从而寻求问题的解决办法。

第3章高速铣削表面粗糙度预测模型的建立37-49
3.1高速铣削表面37-38
3.2基于理论公式38-39
3.3建立预测模型方法的选择39-42
3.4基于回归分析42-48 [/BR/] 3.5表面粗糙度预测模型的验证48 [/BR/] 4.1遗传算法(GA) 49-51
4.1.1遗传算法49-50
4.1.2遗传算法50-51
4.2遗传算法51-55
4.3铣削参数优化数学模型55-56
4.4铣削参数优化56-60 [/BR/] 4.5优化结果分析60-62

结论

针对P20模具钢工件高速铣削中的表面粗糙度问题，实验研究了行距、每齿进给量、铣削速度、铣削深度等铣削参数与表面粗糙度的关系，建立了高精度表面粗糙度预测模型，并以最大加工效率为目标，利用遗传算法对铣削参数进行了优化计算。主要结论如下:
(1)通过正交试验的极差分析，发现行距对表面粗糙度的影响最大，其次是每齿进给量、铣削速度和铣削深度。当铣削速度小于565.49米/分钟时，表面粗糙度随行距、每齿进给量、铣削速度和铣削深度的增加而增加，随铣削速度的增加而减小。
(2)正交试验方差分析证明行距、每齿进给量、铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响非常显著。
(3)与实测表面粗糙度值相比，理论模型预测值的误差均大于80%，而多元线性回归分析方法建立的预测模型的误差在0.34%-18.71%之间，表明模型与实际吻合较好，预测精度较高。
(4)以最大加工效率为目标，利用遗传算法优化计算铣削参数，得到不同表面粗糙度要求下铣削参数的最优组合方案。

参考
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