铝锂合金数控铣削加工工艺参数优化
发布时间：2021-12-11 07:15
随着我国航天事业的不断发展和壮大,我国的航空航天飞行技术正一步步的朝着高、精、尖方向发展。在航空航天等重要领域中,铝锂合金以质量轻,材料用量小,强度高和结构紧凑等优越的综合性能而被广泛的应用,但是这种零件材料去除率高达80%以上,使用传统的铣削加工方法不但加工效率低,而且零件的加工精度和表面的粗糙度达不到要求。本文针对此类问题,以航空铝锂合金薄壁构件数控铣削加工为背景,对其加工工艺参数进行多目标优化,在现有加工条件下保证工件加工质量并提高加工效率。通过对2195铝锂合金薄壁构件进行的数控铣削实验数据,采用方差法分析了四种变量对工件表面粗糙度的影响,结果表明每齿进给量对工件表面粗糙度影响程度最大,其他依次为径向切深、主轴转速和轴向切深,而且除了表面粗糙度随着每齿进给量增加而增加,其他加工参数对表面粗糙度影响并无明显规律。通过表面硬度实验数据对铝锂合金薄壁构件的加工硬化进行研究,主要以切削速度与进给量为变量对其进行分析,发现了其加工硬化规律。本文采用回归方法建立了表面粗糙度预测模型,并通过试验验证了模型的准确性。通过铝锂合金进行的数控铣削实验所获得的铣削力数据,采用极差法对其进行研究分析,...
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
薄壁构件加工质量的影响因素Figure1.1Factorsaffectingtheprocessingqualityofthin-walledcomponents
辽宁工程技术大学硕士学位论文5料之间无显著差异[21]。丁悦等对2198铝锂合金进行高速切削实验，分析了各个加工参数对表面粗糙度的影响规律，发现机床主轴振动和进给量在发生变化时会导致工件拐角处与平直处表面粗糙度不同，最终获得了设置相对较小的进给量与径向切深可以减小工件表面粗糙度的结论[22]。徐海进对铝锂合金进行高速铣削实验，分别比较了7085、6061、2024等型号铝锂合金的工艺参数和对其进行加工所用刀具的参数等因素对切削力的影响规律，通过铝锂合金的表面应力、表面裂纹等因素分析了铝锂合金高速切削工艺参数对加工表面质量的影响规律[23]。吕岩对2060铝锂合金进行高速铣削试验，对所获试验数据进行分析处理，发现最小二乘支持向量回归机的表面粗糙度预测模型可以精确的预测工件表面粗糙度，并以材料去除率为优化目标，采用Matlab软件进行优化求解，通过实验验证最优解的准确性[24]。苏宇等人总结了以往一些表面粗糙度预测模型方法的不足之处，采用ANFIS系统建立铝锂合金表面粗糙度预测模型，系统流程图如图1.2所示，通过实验验证该模型精度较高，利于找出加工参数对表面粗糙度的影响规律[25]。图1.2表面粗糙度预测流程图Figure1.2SurfaceroughnesspredictionflowchartN.SureshKumarReddy等人研究了TiAlN硬质合金刀的刀具参数和加工条件对干切削加工特性的影响，采用响应曲面法建立了表面粗糙度预测模型，采用遗传算法对优化目标函数进行优化，最后通过实验验证了最优解的准确性[26]。ZHANGHongzhou等人对TC11钛合金进行切削实验，建立了表面粗糙度多元线性回归模型，采用响应曲面法生成表面粗糙度的响应轮廓，得出了保证表面粗糙度的情况下选择最优切削参数可以提高材料去除率
实验数据建立了铣削力回归模型，发现切削力与其他因素相比较对工件加工变形量影响程度较大，并提出适当的加工工艺参数来加工弱刚性工件[43]。C.CTsao对铝合金进行切削实验，对所获实验数据进行回归分析，建立切削力与刀刃磨损的预测模型，最后得出较小刀具直径、合适的刀具螺旋角及进给速度可以降低工件加工时的铣削力与刀刃磨损等结论[44]。Salguero,J.对UNSA92024-T3铝合金进行高速外圆铣削，利用所获实验数据中分析了进给量与切削速度对切削力的影响规律，并且建立了相关的数学模型，通过实验验证了模型的准确性[45]。图1.3铝合金波薄壁构件铣削加工Figure1.3Millingofaluminumalloywavethin-walledmembers徐玉东等对铝合金薄壁构件进行铣削实验，利用所获实验数据建立了铣削力与加工变量相关力学模型，分析了各个加工参数对铣削力的影响规律，从而获得了选择适当的铣削参数以提高加工效率的结论，如图1.3所示[46]。刘均等提出在进行切削过程中铣削刃长度所构造瞬时的铣削力模型，通过实验验证铣削力模型的准确性与可靠性，为铣削加工工艺参数优化提供参考[47]。胡敏敏等对钛合金进行铣削实验，采用响应曲面法对所获实验数据进行研究分析，建立了钛合金铣削力预测模型，通过大量实验验证该模型的准确性，为后续研究者提供一定的参考价值[48]。1.2.5工艺参数优化研究现状2015年5月我国已经把先进制造技术作为未来重点发展主要方向之一，并且数控加工是先进制造技术中的一种不可或缺的方式，但是对零部件在进行数控加工时，对机床的利用率并不高，不仅不能提高加工效率，还会使加工质量下降，所以在数控加工前对加工工艺参数进行优化是一种非常的有效的手段来提高加工效率、降低加工成本、提高加工质量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于中心复合响应曲面法的42CrMo高速铣削试验分析[J]. 张家雨,唐德文,邹树梁,彭宇声. 制造技术与机床. 2019(02)
[2]TC4钛合金薄壁零件铣削变形分析研究[J]. 李体仁,马超超,王悉颖. 机电工程技术. 2019(01)
[3]分析薄壁零件数控加工工艺质量改进方法[J]. 王心怡. 内燃机与配件. 2018(20)
[4]钛合金薄壁件铣削试验及相关铣削力模型的研究[J]. 葛茂杰,杜永斌,李斌,王敏,马媛媛. 机械工程与自动化. 2018(05)
[5]有效控制薄壁铝合金细长轴加工变形的方法分析[J]. 张文健,杨嵩. 工具技术. 2018(09)
[6]基于粒子群算法的铣削参数优化研究[J]. 邓伟,宋景. 贵阳学院学报(自然科学版). 2018(03)
[7]薄壁零件加工精度的影响因素及工艺措施探析[J]. 彭成民,罗刚,赵平. 橡塑技术与装备. 2018(15)
[8]基于田口设计法的数控铣削加工参数优化[J]. 王爱华,舒克. 实验科学与技术. 2018(05)
[9]航空薄壁铝合金构件加工变形浅析[J]. 于春涛,刘国平. 国防制造技术. 2018(02)
[10]基于多变异位遗传算法的铣削参数优化研究[J]. 高庆,崔友昌,李松. 科技资讯. 2018(04)
博士论文
[1]高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D]. 付秀丽.山东大学 2007
硕士论文
[1]五轴数控铣削加工参数对表面形貌影响与优化[D]. 马建星.大连理工大学 2018
[2]航空铝合金切削表层微观组织特征与性能研究[D]. 安增辉.济南大学 2016
[3]高速铣削铝锂合金切削力和表面粗糙度试验研究[D]. 吕岩.燕山大学 2016
[4]精密车削工艺参数多目标优化研究[D]. 徐江雁.南京农业大学 2016
[5]航空发动机钛合金薄壁回转件车削工艺研究[D]. 崔建民.大连理工大学 2015
[6]航空薄壁件切削加工变形控制与实时监测的研究[D]. 冯战巨.东北大学 2015
[7]钛合金Ti6Al4V切削加工机理及参数优化[D]. 陆涛.西华大学 2015
[8]面向能效的数控铣削加工工艺参数优化模型及方法研究[D]. 李鹏宇.重庆大学 2014
[9]基于GRA-PSO算法的正交车铣加工参数多目标优化[D]. 黎丰.华中科技大学 2014
[10]铝锂合金高速铣削试验研究[D]. 徐海进.南京航空航天大学 2013
本文编号：3534242
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
薄壁构件加工质量的影响因素Figure1.1Factorsaffectingtheprocessingqualityofthin-walledcomponents
辽宁工程技术大学硕士学位论文5料之间无显著差异[21]。丁悦等对2198铝锂合金进行高速切削实验，分析了各个加工参数对表面粗糙度的影响规律，发现机床主轴振动和进给量在发生变化时会导致工件拐角处与平直处表面粗糙度不同，最终获得了设置相对较小的进给量与径向切深可以减小工件表面粗糙度的结论[22]。徐海进对铝锂合金进行高速铣削实验，分别比较了7085、6061、2024等型号铝锂合金的工艺参数和对其进行加工所用刀具的参数等因素对切削力的影响规律，通过铝锂合金的表面应力、表面裂纹等因素分析了铝锂合金高速切削工艺参数对加工表面质量的影响规律[23]。吕岩对2060铝锂合金进行高速铣削试验，对所获试验数据进行分析处理，发现最小二乘支持向量回归机的表面粗糙度预测模型可以精确的预测工件表面粗糙度，并以材料去除率为优化目标，采用Matlab软件进行优化求解，通过实验验证最优解的准确性[24]。苏宇等人总结了以往一些表面粗糙度预测模型方法的不足之处，采用ANFIS系统建立铝锂合金表面粗糙度预测模型，系统流程图如图1.2所示，通过实验验证该模型精度较高，利于找出加工参数对表面粗糙度的影响规律[25]。图1.2表面粗糙度预测流程图Figure1.2SurfaceroughnesspredictionflowchartN.SureshKumarReddy等人研究了TiAlN硬质合金刀的刀具参数和加工条件对干切削加工特性的影响，采用响应曲面法建立了表面粗糙度预测模型，采用遗传算法对优化目标函数进行优化，最后通过实验验证了最优解的准确性[26]。ZHANGHongzhou等人对TC11钛合金进行切削实验，建立了表面粗糙度多元线性回归模型，采用响应曲面法生成表面粗糙度的响应轮廓，得出了保证表面粗糙度的情况下选择最优切削参数可以提高材料去除率
实验数据建立了铣削力回归模型，发现切削力与其他因素相比较对工件加工变形量影响程度较大，并提出适当的加工工艺参数来加工弱刚性工件[43]。C.CTsao对铝合金进行切削实验，对所获实验数据进行回归分析，建立切削力与刀刃磨损的预测模型，最后得出较小刀具直径、合适的刀具螺旋角及进给速度可以降低工件加工时的铣削力与刀刃磨损等结论[44]。Salguero,J.对UNSA92024-T3铝合金进行高速外圆铣削，利用所获实验数据中分析了进给量与切削速度对切削力的影响规律，并且建立了相关的数学模型，通过实验验证了模型的准确性[45]。图1.3铝合金波薄壁构件铣削加工Figure1.3Millingofaluminumalloywavethin-walledmembers徐玉东等对铝合金薄壁构件进行铣削实验，利用所获实验数据建立了铣削力与加工变量相关力学模型，分析了各个加工参数对铣削力的影响规律，从而获得了选择适当的铣削参数以提高加工效率的结论，如图1.3所示[46]。刘均等提出在进行切削过程中铣削刃长度所构造瞬时的铣削力模型，通过实验验证铣削力模型的准确性与可靠性，为铣削加工工艺参数优化提供参考[47]。胡敏敏等对钛合金进行铣削实验，采用响应曲面法对所获实验数据进行研究分析，建立了钛合金铣削力预测模型，通过大量实验验证该模型的准确性，为后续研究者提供一定的参考价值[48]。1.2.5工艺参数优化研究现状2015年5月我国已经把先进制造技术作为未来重点发展主要方向之一，并且数控加工是先进制造技术中的一种不可或缺的方式，但是对零部件在进行数控加工时，对机床的利用率并不高，不仅不能提高加工效率，还会使加工质量下降，所以在数控加工前对加工工艺参数进行优化是一种非常的有效的手段来提高加工效率、降低加工成本、提高加工质量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于中心复合响应曲面法的42CrMo高速铣削试验分析[J]. 张家雨,唐德文,邹树梁,彭宇声. 制造技术与机床. 2019(02)
[2]TC4钛合金薄壁零件铣削变形分析研究[J]. 李体仁,马超超,王悉颖. 机电工程技术. 2019(01)
[3]分析薄壁零件数控加工工艺质量改进方法[J]. 王心怡. 内燃机与配件. 2018(20)
[4]钛合金薄壁件铣削试验及相关铣削力模型的研究[J]. 葛茂杰,杜永斌,李斌,王敏,马媛媛. 机械工程与自动化. 2018(05)
[5]有效控制薄壁铝合金细长轴加工变形的方法分析[J]. 张文健,杨嵩. 工具技术. 2018(09)
[6]基于粒子群算法的铣削参数优化研究[J]. 邓伟,宋景. 贵阳学院学报(自然科学版). 2018(03)
[7]薄壁零件加工精度的影响因素及工艺措施探析[J]. 彭成民,罗刚,赵平. 橡塑技术与装备. 2018(15)
[8]基于田口设计法的数控铣削加工参数优化[J]. 王爱华,舒克. 实验科学与技术. 2018(05)
[9]航空薄壁铝合金构件加工变形浅析[J]. 于春涛,刘国平. 国防制造技术. 2018(02)
[10]基于多变异位遗传算法的铣削参数优化研究[J]. 高庆,崔友昌,李松. 科技资讯. 2018(04)
博士论文
[1]高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D]. 付秀丽.山东大学 2007
硕士论文
[1]五轴数控铣削加工参数对表面形貌影响与优化[D]. 马建星.大连理工大学 2018
[2]航空铝合金切削表层微观组织特征与性能研究[D]. 安增辉.济南大学 2016
[3]高速铣削铝锂合金切削力和表面粗糙度试验研究[D]. 吕岩.燕山大学 2016
[4]精密车削工艺参数多目标优化研究[D]. 徐江雁.南京农业大学 2016
[5]航空发动机钛合金薄壁回转件车削工艺研究[D]. 崔建民.大连理工大学 2015
[6]航空薄壁件切削加工变形控制与实时监测的研究[D]. 冯战巨.东北大学 2015
[7]钛合金Ti6Al4V切削加工机理及参数优化[D]. 陆涛.西华大学 2015
[8]面向能效的数控铣削加工工艺参数优化模型及方法研究[D]. 李鹏宇.重庆大学 2014
[9]基于GRA-PSO算法的正交车铣加工参数多目标优化[D]. 黎丰.华中科技大学 2014
[10]铝锂合金高速铣削试验研究[D]. 徐海进.南京航空航天大学 2013
本文编号：3534242
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