基于响应曲面法的高速内冷铣削AISI304不锈钢铣削力

发布时间：2021-03-04 03:56

　　针对硬质合金刀具高速内冷铣削AISI304不锈钢时,切削力大、切削温度高及加工表面质量低的问题。基于响应曲面中心复合设计方法进行高速内冷铣削实验,建立了铣削力分量二阶回归预测模型,并进行了实验验证。对比了干式与内冷铣削后的加工表面质量,分析了铣削参数对铣削力分量的影响规律,以铣削力分量最小为目标优化了铣削参数。结果表明:进给力和径向力的预测值与实验值的误差分别为4. 77%和6. 16%;内冷铣削的Ra为0. 193～0. 327μm;对铣削力分量的影响是铣削深度>转速>进给量,随着铣削深度和转速的增加,进给力先升高后降低,径向力逐步增加,铣削深度与转速的交互作用对进给力和径向力的影响显著;转速11 643. 63 r/min、铣削深度1 mm、进给量0. 08 mm/r为最优铣削参数组合。 

【文章来源】：宇航材料工艺. 2020,50(03)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

测力原理示意图

通过三组单因素实验进行验证模型的准确性，并分析了单因素对铣削力分量的影响，具体结果如图2所示。从图2中看出，不管是Fx还是Fy，内冷实验值与预测值在不同转速、不同铣削深度、不同进给量下变化趋势均一致，Fx的内冷实验值与预测值的误差是4.77%,Fy的内冷实验值与预测值的误差是6.16%，表明铣削力分量预测模型的可靠性高。Fx内冷实验值高于干式实验值，是因为在切削液的作用下，切削温度下降，减小了加工表面的热软化，使得铣削力增大[14]；其次，切削液经内冷孔喷出，在离心力的作用下冲击待加工表面，增大了铣削力。Fy的内冷实验值略低于干式实验值，不同的铣削环境对Fy的影响不明显。对加工后的表面进行测量，内冷铣削后的工件Ra为0.193～0.327μm，干式铣削后的工件Ra为0.330～0.488μm，内冷铣削的表面质量优势显著。在图2中，当转速在6 636～10 000 r/min时，Fx增加，在10 000～13 364 r/min时，Fx减小，最大值为500 N。这是高速切削的特征之一[15-16]，当工件材料被切削的速度超过了其本身滑移变形的速度时，材料还没有来得及完成滑移变形就被切掉了；第二切削速度的增加使得被切材料脆性化，铣削力减小。铣削深度在1～3 mm时，Fx增加，在3～4 mm时，Fx减小，最大值为572 N；随着进给量的增加，Fx缓慢增加。

Fx的响应曲面图

【参考文献】：
期刊论文
[1]AISI 304不锈钢高速铣孔测温实验研究[J]. 尹凝霞,李广慧,谭光宇,温丽宏.  机械科学与技术. 2019(11)
[2]纤维夹角和铣削参数对CFRP铣削力的影响[J]. 杨振朝,薛阳,李言,肖继明,元振毅.  宇航材料工艺. 2018(06)
[3]钛合金Ti-6Al-4V高压冷却车削过程有限元分析[J]. 刘文韬,刘战强.  现代制造工程. 2018(10)
[4]激光超声复合加工硬质合金的切削力理论与试验[J]. 段鹏,焦锋,赵波,牛赢.  现代制造工程. 2017(11)
[5]平底立铣刀的切削力尺寸效应研究及其系数估算[J]. 刘璨,吴敬权,刘焕牢,谭光宇.  机械工程学报. 2017(13)
[6]内冷式MQL铣削钛合金表面质量的研究[J]. 张春燕,祝亚京.  工具技术. 2016(12)
[7]基于响应曲面法的煤油发动机气门正时优化[J]. 张伟,毛建国,魏特特,何小明.  中国机械工程. 2016(07)
[8]不锈钢切削加工[J]. 张国平.  现代机械. 2013(01)
[9]基于响应曲面法与改进遗传算法的RHCM成型工艺优化[J]. 刘东雷,申长雨,刘春太,辛勇,孙玲,伍晓宇.  机械工程学报. 2011(14)
[10]不锈钢0Cr18Ni9铣削力建模与实验研究[J]. 孙燕华,张臣,方记文,郭松,周来水.  机床与液压. 2010(19)



本文编号：3062518