高速车削3Cr13不锈钢切削力及表面粗糙度研究

发布时间：2017-09-02 15:15

  本文关键词：高速车削3Cr13不锈钢切削力及表面粗糙度研究

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【摘要】：随着科学技术的快速发展,很多发达工业国家越来越重视以高切削效率和高加工表面质量为主要特征的高速切削加工技术,能够给企业和国家都带来良好的经济效益和社会效益。由于3Cr13是一种中碳马氏体不锈钢,材料的应用范围比较广,而其加工技术的研究涉及比较少,特别是在高速切削下同时考虑刀具角度与切削用量参数对切削力和加工表面质量影响的研究甚少,一般都是在普通切削速度下加工,由于在普通速度下加工时,产生的切削抗力比较大,并且加工质量差、生产效率较低。随着高速机床和加工刀具的发展,采用高速切削的方式加工3Cr13不锈钢成为可能,因此,研究高速切削下加工3Cr13不锈钢变得具有意义。本文首先应用Advangt Edge FEM专用切削软件,模拟高速车削3Cr13的过程,通过正交试验设计和极差分析法对所得结果进行优化,得出一个关于进给量、背吃刀量、切削速度、车刀角度的较优组合,依据这个组合来指导实验;然后由单因素实验与中心组合设计高速车削3Cr13不锈钢,分析工艺参数对切削力与表面粗糙度的影响规律,并建立相应的模型;最后通过响应面方法对工艺参数优化,得出获得最小表面粗糙度情况下的工艺参数组合。本文的主要研究工作:(1)通过Advant Edge FEM切削软件模拟3Cr13的高速车削加工,运用正交实验设计和极差分析法,以切削力最小为目标,得出一个以进给量、背吃刀量、切削速度、车刀角度的最优组合,并以此指导实验,旨在保证切削力相对较小的情况下,求得表面粗糙度最小的工艺参数组合。(2)通过单因素实验和中心组合实验设计,在高速车削下加工3Cr13材料,通过Kister测力仪软件测量,分析出各工艺参数对切削力的影响规律并建立其数学模型。(3)通过单因素实验和中心组合实验设计,在高速车削下加工3Cr13材料,通过Marh3代表面粗糙度仪器测量,分析出各工艺参数对表面粗糙度的影响规律并建立其数学模型。(4)通过响应面方法对表面粗糙度模型进行工艺参数优化,约束其他因素前提下,得到进给量、背吃刀量、切削速度和车刀前角的较优组合:在高速车削3Cr13不锈钢时,为了得到最小表面粗糙度值时较优的参数组合为进给量f=0.12mm/r、背吃刀量ap=0.42mm、切削速度vc=621m/min、车刀前角γ0=17°50",完善实际中3Cr13材料的加工机理。
【关键词】：高速车削 3Cr13 不锈钢 表面粗糙度 响应面方
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 3Cr13不锈钢论述10-12
• 1.2.1 3Cr13不锈钢简介10-11
• 1.2.2 3Cr13切削加工特点11-12
• 1.3 高速切削论述12-13
• 1.3.1 高速切削定义12-13
• 1.3.2 高速切削技术的特点13
• 1.4 高速切削表面质量研究13-17
• 1.4.1 表面粗糙度研究13-14
• 1.4.2 国内外研究现状14-17
• 1.5 本文研究意义与研究内容17-18
• 1.5.1 本文研究意义17-18
• 1.5.2 本文研究内容18
• 1.6 本章小结18-20
• 第二章 高速车削 3Cr13不锈钢切削力仿真分析20-30
• 2.1 Advant Edge FEM的简介20-23
• 2.1.1 Advant Edge FEM的前处理过程20-23
• 2.1.2 Advant Edge FEM的后处理过程23
• 2.2 有限元模型的建立23-25
• 2.2.1 刀具工件模型的建立23-24
• 2.2.2 有限元网格划分和工件模拟参数设置24-25
• 2.3 高速切削模拟仿真及结果分析25-27
• 2.3.1 高速车削模拟参数的确定25-26
• 2.3.2 模拟结果分析及计算26-27
• 2.4 工艺参数对切削力的影响规律分析27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 高速车削 3Cr13不锈钢切削力实验研究30-46
• 3.1 实验设备与实验设计30-38
• 3.1.1 实验设备30-33
• 3.1.2 实验设计33-38
• 3.2 切削力实验结果分析38-42
• 3.2.1 单因素实验结果分析38-41
• 3.2.2 多因素实验结果分析41-42
• 3.3 响应面基本模型求解42-44
• 3.4 切削力经验模型的确定44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 高速车削 3Cr13不锈钢表面粗糙度实验研究46-58
• 4.1 表面粗糙度及其影响因素46-48
• 4.2 实验设备与实验设计方案48-51
• 4.2.1 实验设备48
• 4.2.2 实验设计48-51
• 4.3 表面粗糙度实验结果分析51-57
• 4.3.1 单因素实验结果分析51-54
• 4.3.2 多因素实验结果分析54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 基于响应面方法的工艺参数优化58-68
• 5.1 响应面方法原理58-60
• 5.1.1 响应面模型检验步骤58-60
• 5.2 表面粗糙度响应面模型分析60-64
• 5.2.1 响应面分析60-62
• 5.2.2 模型的显著性检验62
• 5.2.3 回归系数的显著性检验62-64
• 5.3 工艺参数优化64-66
• 5.3.1 响应面模型求极值点64-65
• 5.3.2 工艺参数优化65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 附录A：攻读学位期间发表的研究成果76

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本文编号：779306