模具鋼高速球頭銑削加工表面質(zhì)量的研究.pdf

1、高速球頭銑削技術(shù)廣泛應(yīng)用于型腔模具加工領(lǐng)域，模具加工表面質(zhì)量關(guān)系到產(chǎn)品加工質(zhì)量與模具的使用壽命。高速球頭銑削加工表面形成機理的本質(zhì)概括為：銑削加工中產(chǎn)生周期性不均勻應(yīng)力場與溫度場耦合作用于彈塑性材料表面，材料表面產(chǎn)生彈性回復(fù)以及塑性變形，從而影響工件表面幾何精度及變質(zhì)層的物理力學(xué)性能過程。切削參數(shù)和刀具位姿等加工參數(shù)通過高速球頭銑削共同影響加工表面的殘余應(yīng)力、粗糙度以及加工硬化。本文對表面質(zhì)量的研究綜合運用解析、仿真與實驗方法，對表面質(zhì)

2、量預(yù)測、優(yōu)化和控制提出新思路和新方法，依此開發(fā)出新算法以適應(yīng)表面質(zhì)量預(yù)測的需求。
　　 本文從金屬切削理論出發(fā)，針對球頭銑削的特點，應(yīng)用微分幾何理論，建立S形刃銑刀切削刃線方程，通過切削力微元模型對球頭銑削切削力進(jìn)行了仿真，分析了其銑削力變化規(guī)律；結(jié)合球頭銑削加工的刀具位姿及運動軌跡特點，實驗研究了球頭銑削切削力與刀具位姿、主軸轉(zhuǎn)速等加工參數(shù)的關(guān)系，進(jìn)一步揭示了球頭銑削加工參數(shù)對切削力的影響機理和規(guī)律。
　　 依據(jù)高速球

3、頭銑削加工特點，研究了球頭銑削周期性變化的熱載荷與機械載荷對加工表面應(yīng)力場和溫度場的影響，分析了加工表面微觀形貌的形成機理，研究了加工變質(zhì)層的形成規(guī)律，進(jìn)一步揭示了球頭銑刀高速銑削加工的表面形成機理。利用無損表面殘余應(yīng)力測試方法，對高速球頭銑削加工后的表面殘余應(yīng)力測量，實驗發(fā)現(xiàn)表面殘余應(yīng)力在走刀路徑方向上存在應(yīng)力“累積效應(yīng)”；依據(jù)H13模具鋼高速銑削實驗結(jié)果，建立了H13模具鋼高速加工條件下刀具前傾角和側(cè)偏角與表面殘余應(yīng)力之間的預(yù)測模型

4、；通過側(cè)偏角單因素實驗給出了一種基于刀-工力簡化模型，計算了精加工條件下殘余應(yīng)力極值產(chǎn)生的側(cè)偏角與前傾角組合結(jié)果；研究了多軸數(shù)控加工條件下的切削參數(shù)與殘余應(yīng)力之間的作用機理，揭示了刀具位姿與表面殘余應(yīng)力之間關(guān)系，建立了表面殘余應(yīng)力與刀具前傾角的多項式擬合公式，分析了前傾角影響殘余應(yīng)力的規(guī)律。從實驗角度綜合研究了加工參數(shù)對高速球頭銑削加工表面質(zhì)量的影響。通過單因素實驗以及多因素實驗，揭示了切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，給出了多參數(shù)對于加工

5、表面質(zhì)量的影響顯著度順序，分析了各種因素對加工表面質(zhì)量的影響機理。
　　 在實驗研究及切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響機理研究的基礎(chǔ)上，建立了徑向切寬、軸向切深、每齒進(jìn)給量與前傾角、側(cè)偏角對各種表面質(zhì)量參數(shù)之間的多元線性回歸預(yù)測模型；結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究成果，對比和分析了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元線性回歸預(yù)測模型應(yīng)用于表面質(zhì)量預(yù)測的優(yōu)缺點，借助“插值”理論和方法，建立了基于多元線性回歸與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MLBP預(yù)測模型。采用此模型，通過插值預(yù)處