多轴球头铣削H13钢表面形貌研究及摩擦系数预测

发布时间：2020-03-25 05:28

【摘要】：模具被称为“工业之母”,其工艺水准和加工质量已经成为判断一个国家加工制造业水平的重要参考。模具成本极其昂贵,因此如何降低成本、提高模具寿命是模具行业面临的关键问题。本文针对H13热作模具钢,从加工表面形貌出发,研究表面形貌与摩擦磨损性能的关系,为提高模具寿命提供理论参考。进行了多轴球头铣削过程几何研究,得出刀具位姿对刀尖参切的影响,选取了合理的刀具位姿避免刀尖参与切削,有助于提高加工表面质量以及切削刀具的寿命;以加工路径和径向切深为研究变量设计多轴球头铣削H13模具钢单因素试验,利用白光干涉仪得到了铣削表面的形貌图。本文基于Birmingham参数体系确定了球铣表面的各个表征参数,结果发现在不同加工路径下,径向切深对幅值参数、空间参数、综合参数、功能参数都有显著的影响;利用双树复小波变换对加工表面形貌进行了研究,发现中频段表面粗糙度最大;利用分形理论发现分形维数对复杂形状中的微观组织结构有很强的分辨能力,当1m(径向切深与每齿进给量的比值)2时,铣削表面形貌微观组织结构最简单;利用自相关函数对铣削表面形貌进行分析,发现各个加工路径下随着径向切深的增大,长波在表面形貌中占的比例越来越大。进行了球-盘往复摩擦试验,得到各个样条的摩擦系数并对磨损后的样条进行了耐磨性分析。发现在各个加工路径下,加工表面摩擦系数随径向切深的增加先增大后减小。摩擦方向与形貌纹理方向一致时,磨损以黏着磨损为主,耐磨性最差;摩擦方向与形貌纹理方向垂直时,磨损形式主要为磨粒磨损,耐磨性最好。利用皮尔逊积矩法对铣削形貌各种评价参数和摩擦系数进行了相关分析,发现均方根偏差Sq、平均顶点曲率Ssc、表面顶点密度Sds、分形维数D以及自相关长度最快下降长度Sal五种铣削形貌评价参数与摩擦系数呈现强相关。基于得到的五个摩擦系数强相关因素,建立了 BP神经网络摩擦系数预测模型,对选取的训练样本和测试样本进行反复训练,最终得到了摩擦系数预测结果。结果表明,预测值与实际测量值基本吻合,所建立的模型是有效的。
【图文】：

表面形貌,热作模具,热挤压模,热锻模

图１－１邋Ｈ１３热锻模及热挤压模逡逑热作模具在高温、高压条件下服役，工作过程中受到很大的冲击载荷以及上逡逑下模具表面与成型零件之间强烈的摩擦力，所以热作模具既受到机械力的作用又逡逑受到热的作用，因此其主要失效形式包括塑性变形、磨损、断裂、热疲劳等［６］。逡逑针对模具常见的失效形式，人们从模具的结构、材料、工作条件以及热处理方法逡逑等方面入手，，预防模具失效，提高模具寿命［７］。随着研究的不断深入，逐渐发现逡逑加工表面完整性尤其是表面形貌也会对模具的寿命产生很大影响。表面形貌作为逡逑表面完整性重要组成部分，将直接影响零件的耐磨性以及疲劳特性，关于表面形逡逑貌的评定与研宄一直是摩擦学领域的研究热点［８］。因此，为了提高模具寿命，对逡逑表面形貌特征进行合理的识别与表征，并研究表面形貌与加工表面的摩擦性能和逡逑耐磨性的关系，为合理控制表面形貌，提高模具寿命，提供重要的理论与实际价逡逑值。逡逑

示意图,切深,进给方向,刀具

逦侧偏角逡逑图２－１刀具位姿示意图逡逑如图２－１所示，Ｆｆ表示球头铣刀的进给方向，ｆｌｅ为径向切深，％为轴向切深。逡逑办为刀轴轴线与刀具进给方向之间的倾角，勺９／表示刀轴倾斜的方向与刀具进给逡逑方向一致，－ｙ？／表示刀轴倾斜方向与刀具进给方向相反，其绝对值大小表示刀轴逡逑倾斜的程度。凡表示刀轴与垂直于刀具进给方向的倾角，其正负和刀具进给方向逡逑符合右手螺旋定则，其绝对值大小表示刀轴垂直于刀具方向的倾斜程度。逡逑２．１．２刀尖参切分析逡逑为了避免加工过程中刀尖参与到切削加工中，引入刀具位姿，刀具位姿包括逡逑９逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54;TG142.1

【参考文献】