CBN刀具干式切削难加工材料参数优化的研究
发布时间：2021-01-06 04:34
冷作模具钢因其硬度高、耐磨、具有较高的抗压强度和良好的回火性能,在模具制造中得到了广泛应用。车削是传统的机械加工过程中常用的加工方法。切削参数的选择与切削力、切削温度和表面残余应力密切相关,其关系到产品的机械性能和装配性能。因此,对加工过程中的切削参数进行优化,近些年来已经成为机械制造领域中的一个重要研究课题。首先利用有限元技术建立了立方氮化硼（Cubic Boron Nitride,CBN）刀具干式车削Cr12Mo V的三维加工模型,以切削参数切削速度、进给量、切削深度和刀尖圆弧半径为变量采用正交实验法设计了仿真方案,并得到以切削力、切削温度和表面残余应力为研究目标的仿真数据,从而得出了上述四个切削参数对于三个研究目标的影响规律。随后对切削力、切削温度和表面残余应力进行了预测分析,分别建立了三个研究目标的人工神经网络预测模型与多元线性回归预测模型。结果显示人工神经网络预测模型与多线性回归预测模型的最大误差分别为7.84%与71.5%,前者具有更高的预测精度。最后在切削参数寻优部分,先通过信噪比对切削力、切削温度和表面残余应力进行了单目标分析,得出影响其变化的主要因素分别为切削深度、切...
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CBN材料Fig.1CBNmaterials
华北理工大学硕士学位论文-4-图1CBN材料Fig.1CBNmaterials图2CBN刀具Fig.2CBNcuttingtoolsCBN在1370℃以上时才会发生内部结构的改变，稳定性极高。耐热温度高，比常见的金刚石刀具高出大约两倍，从而使CBN刀具在高温环境下的切削应用极其广泛[23,24]。CBN材料在化学稳定性方面表现良好，不易与其它材料发生化学反应，与黑色金属即使在1200℃左右的高温中也不易发生化学反应。由于高速切削金属材料时会产生较高的局部温度，立方氮化硼刀具因为其不易发生粘结和扩散现象造成的磨损，所以被广泛应用于在较高的切削速度下加工黑色金属[25]。当温度达到1000℃时，CBN材料将会在表面发生氧化反应形成一层具有化学惰性的氧化硼保护膜附着于材料表层，将内部未发生反应的部分与空气隔开，阻止了进一步的氧化。但是，氧化
华北理工大学硕士学位论文-6-图3硬态干式车削Fig.3Harddryturning研究人员对硬态干式切削技术的研究也进入了一个更深的层次。随着科技的革新，该技术已成为金属加工行业中的主流切削工艺之一，与其他加工方法对比，具有以下诸多优点[32,33]：1）绿色环保操作。硬态干式切削顾名思义，就是在切削加工金属材料的时候对于切削液的使用在环保标准之下或者不使用[34]，该方法有效地解决了切削加工中生产的废液难回收以及污染环境的问题，使生产加工环境变得更为洁净。2）降低生产成本。在传统的切削加工中，生产中使用切削液的费用以及加工后回收处理的费用通常会占总生产费用的15%左右，而刀具消耗的费用仅占总成本的很少一部分[35]。因此，硬态干式切削技术免去了多余的费用支出，是一种先进又经济的生产加工方法。3）简化机床结构，精简加工系统。由于硬态干式切削技术不采用切削液，所以与切削液有关的机械设备及控制设备可以省去，使加工设备整体所占用的空间更小，简化加工系统。4）生产效率高，资源消耗少。该加工技术的切削效率相对于其他的加工较高。在对产品精加工时其效率是磨削工艺的3倍左右[36]，而能量消耗却只占磨削加工能耗的五分之一。5）加工柔性提升。与传统的磨削加工方式相比，采用更换刀具转盘、走刀路径或改变刀具参数可以使加工的柔性显著提升，可以对复杂的形状进行切削操作。除了上述的几点优势之外，硬态干式切削技术也有许多独特的地方，例如在切屑形状方面，硬态干式切削大多产生锯齿形切屑，而且切屑的形状以及锯齿大小受到多方面因素的影响，比如加工参数、材料属性等；在加工温度方面，由于在加工
【参考文献】：
期刊论文
[1]切削过程有限元仿真研究进展[J]. 张松,李斌训,李取浩,满佳. 航空制造技术. 2019(13)
[2]不同刀具车削GH4169时的切削性能对比[J]. 王奔,常康,王碧玲,张亚飞,王明海. 组合机床与自动化加工技术. 2019(06)
[3]An improved analytical model of cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V[J]. Chenwei SHAN,Xu ZHANG,Bin SHEN,Dinghua ZHANG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(03)
[4]PCD刀具高速车削高强铝合金切削力仿真[J]. 姚炀,沈春根,马殿文. 工具技术. 2019(02)
[5]金属切削变形对已加工表面质量的影响[J]. 刘文萍,王月婷. 机械工程与自动化. 2018(04)
[6]热处理对Cr12MoV锻造冷作模具钢性能的影响[J]. 王喜刚. 热加工工艺. 2018(12)
[7]Inconel625高速车削过程切削力有限元仿真研究[J]. 胡晓,陈领,赵武. 制造业自动化. 2018(06)
[8]基于三大变形区的车削SiCp/Al复合材料切削力理论分析方法[J]. 彭春雷. 机械强度. 2018(01)
[9]立方氮化硼砂轮的研究与发展[J]. 孙会冰,赵玉成,王明智,邹芹,万明,王玮德,张亚飞,王思宇,陈辉. 金刚石与磨料磨具工程. 2017(05)
[10]面向绿色制造的少切削液加工工艺参数优化[J]. 江亚,江志刚,张华,周帆. 机械设计与制造. 2016(09)
博士论文
[1]难加工材料切削刀具磨损的热力学特性研究[D]. 邵芳.山东大学 2010
硕士论文
[1]立方氮化硼刀具切削性能及应用的研究[D]. 赵海东.河北联合大学 2014
[2]钛合金TC4铣削加工物理仿真模型的研究[D]. 王倩.哈尔滨理工大学 2013
本文编号：2959936
【文章来源】：华北理工大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CBN材料Fig.1CBNmaterials
华北理工大学硕士学位论文-4-图1CBN材料Fig.1CBNmaterials图2CBN刀具Fig.2CBNcuttingtoolsCBN在1370℃以上时才会发生内部结构的改变，稳定性极高。耐热温度高，比常见的金刚石刀具高出大约两倍，从而使CBN刀具在高温环境下的切削应用极其广泛[23,24]。CBN材料在化学稳定性方面表现良好，不易与其它材料发生化学反应，与黑色金属即使在1200℃左右的高温中也不易发生化学反应。由于高速切削金属材料时会产生较高的局部温度，立方氮化硼刀具因为其不易发生粘结和扩散现象造成的磨损，所以被广泛应用于在较高的切削速度下加工黑色金属[25]。当温度达到1000℃时，CBN材料将会在表面发生氧化反应形成一层具有化学惰性的氧化硼保护膜附着于材料表层，将内部未发生反应的部分与空气隔开，阻止了进一步的氧化。但是，氧化
华北理工大学硕士学位论文-6-图3硬态干式车削Fig.3Harddryturning研究人员对硬态干式切削技术的研究也进入了一个更深的层次。随着科技的革新，该技术已成为金属加工行业中的主流切削工艺之一，与其他加工方法对比，具有以下诸多优点[32,33]：1）绿色环保操作。硬态干式切削顾名思义，就是在切削加工金属材料的时候对于切削液的使用在环保标准之下或者不使用[34]，该方法有效地解决了切削加工中生产的废液难回收以及污染环境的问题，使生产加工环境变得更为洁净。2）降低生产成本。在传统的切削加工中，生产中使用切削液的费用以及加工后回收处理的费用通常会占总生产费用的15%左右，而刀具消耗的费用仅占总成本的很少一部分[35]。因此，硬态干式切削技术免去了多余的费用支出，是一种先进又经济的生产加工方法。3）简化机床结构，精简加工系统。由于硬态干式切削技术不采用切削液，所以与切削液有关的机械设备及控制设备可以省去，使加工设备整体所占用的空间更小，简化加工系统。4）生产效率高，资源消耗少。该加工技术的切削效率相对于其他的加工较高。在对产品精加工时其效率是磨削工艺的3倍左右[36]，而能量消耗却只占磨削加工能耗的五分之一。5）加工柔性提升。与传统的磨削加工方式相比，采用更换刀具转盘、走刀路径或改变刀具参数可以使加工的柔性显著提升，可以对复杂的形状进行切削操作。除了上述的几点优势之外，硬态干式切削技术也有许多独特的地方，例如在切屑形状方面，硬态干式切削大多产生锯齿形切屑，而且切屑的形状以及锯齿大小受到多方面因素的影响，比如加工参数、材料属性等；在加工温度方面，由于在加工
【参考文献】：
期刊论文
[1]切削过程有限元仿真研究进展[J]. 张松,李斌训,李取浩,满佳. 航空制造技术. 2019(13)
[2]不同刀具车削GH4169时的切削性能对比[J]. 王奔,常康,王碧玲,张亚飞,王明海. 组合机床与自动化加工技术. 2019(06)
[3]An improved analytical model of cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V[J]. Chenwei SHAN,Xu ZHANG,Bin SHEN,Dinghua ZHANG. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(03)
[4]PCD刀具高速车削高强铝合金切削力仿真[J]. 姚炀,沈春根,马殿文. 工具技术. 2019(02)
[5]金属切削变形对已加工表面质量的影响[J]. 刘文萍,王月婷. 机械工程与自动化. 2018(04)
[6]热处理对Cr12MoV锻造冷作模具钢性能的影响[J]. 王喜刚. 热加工工艺. 2018(12)
[7]Inconel625高速车削过程切削力有限元仿真研究[J]. 胡晓,陈领,赵武. 制造业自动化. 2018(06)
[8]基于三大变形区的车削SiCp/Al复合材料切削力理论分析方法[J]. 彭春雷. 机械强度. 2018(01)
[9]立方氮化硼砂轮的研究与发展[J]. 孙会冰,赵玉成,王明智,邹芹,万明,王玮德,张亚飞,王思宇,陈辉. 金刚石与磨料磨具工程. 2017(05)
[10]面向绿色制造的少切削液加工工艺参数优化[J]. 江亚,江志刚,张华,周帆. 机械设计与制造. 2016(09)
博士论文
[1]难加工材料切削刀具磨损的热力学特性研究[D]. 邵芳.山东大学 2010
硕士论文
[1]立方氮化硼刀具切削性能及应用的研究[D]. 赵海东.河北联合大学 2014
[2]钛合金TC4铣削加工物理仿真模型的研究[D]. 王倩.哈尔滨理工大学 2013
本文编号：2959936
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