基于正交试验法的高速铣削工艺参数优化设计

文章使用硬质合金刀具对铝合金(2A70)叶轮进行高速铣削试验,研究分析了不同的切削参数的选择对叶轮叶片加工的表面粗糙度影响.首先采用多因素的正交试验分析了各因素对高速铣削过程中四个目标值的影响;然后利用极差分析方法分析试验结果,指出各个因素对表面粗糙度影响的主次顺序,并确定最优的切削生产条件.试验结果表明:对于铝合金叶片等曲面的加工选择合理的切削参数范围可以获得最小加工表面粗糙度,对于叶片类曲面的高速铣削参数优选具有一定的指导意义.     

基于ABAQUS的航空叶轮铣削变形机理研究

高速铣削制造航空整体叶轮时,叶轮叶片的变形问题是影响叶轮加工精度的主要原因。而铣削过程中的铣削力、切削热、残余应力则是导致叶片变形的直接因素。为了探究叶片的变形机理,基于叶片的几何特征和加工工况,提出了将叶轮叶片简化为悬臂梁结构的分析方法,同时采用有限元分析软件ABAQUS建立反映叶片铣削过程高温、高应变率状态的铣削模型,模拟分析不同铣削参数下整体立铣刀铣削航空铝合金7075-T7451叶片的过程。叶片铣削模拟过程揭示了铣削速度、每齿进给量、径向铣削深度三个主要铣削参数对铣削力、切削热、叶片表面残余应力的影响,为制造整体叶轮时加工参数的选取、加工变形及震颤控制提供依据。     

高速干铣削高强钢铣削力及表面粗糙度研究

选用PVD—TiAlN-TiN硬质合金涂层刀具,进行高速干铣削AISI4340高强钢正交试验,研究铣削力及加工表面粗糙度随切削参数的变化,并建立铣削力及加工表面粗糙度与切削参数之间的经验模型。分析结果表明:每齿进给量和铣削速度对主切削力Fz影响较大,径向切削深度对加工表面粗糙度Ra影响较小。建立的铣削力及加工表面粗糙度经验模型,经过检验,相对误差较小。涂层刀具高速铣削AISI4340钢时,采用较小的轴向切削深度和每齿进给量以及较大的铣削速度和径向切削深度有利于得到较小的铣削力和加工表面粗糙度。     

Inconel 718镍基合金高速铣削表面粗糙度研究

Inconel 718镍基合金材料的切削性能较差,零件的表面粗糙度较难保证。为了提高Inconel 718镍基合金零件的表面粗糙度,采用正交试验和极差分析法研究了高速铣削Inconel 718镍基合金时切削速度、每齿进给量、切削深度、切削宽度等4个铣削参数对表面粗糙度的影响规律。运用多元线性回归分析的方法建立了表面粗糙度的预测模型,经过残差图检验具有较高的显著性。利用表面粗糙度预测模型对随机选取的10组切削参数进行表面粗糙度预测,将预测结果与实际测量结果对比,算出综合误差为5.1%,验证了建立的Inconel 718镍基合金表面粗糙度预测模型的有效性,为实际加工中优化切削参数以提高铣削镍基合金零件表面质量提供了一定的理论依据和参考价值。     

高速铣削表面粗糙度的研究

通过在HSM－700型高速铣床上的正交铣削试验，联系平时实际的生产加工情况，分析高速铣削的切削加工参数对零件表面粗糙度的影响。通过分析不同铣削参数下的零件表面粗糙度和切屑变形，为高速加工切削参数的选择和表面质量的控制提供依据。     

CVD涂层刀具高速铣削天然大理石表面粗糙度研究

为了提高大理石加工表面质量,改进表面粗糙度,通过设计正交试验方案,进行CVD涂层刀具高速铣削天然大理石试验,检测加工表面粗糙度,分析天然大理石表面粗糙度随着单一切削参数的变化规律,并基于经验公式,以切削速度、切削深度及进给速度为影响因素建立加工大理石表面粗糙的预测模型。通过试验得到大理石表面粗糙度随着切削速度的增加而降低,随着进给速度和切削深度的增加而增加。结果表明:预测模型具有较高的显著性,为优化切削参数以改善加工大理石表面质量提供一定的参考;切削深度是影响加工大理石表面粗糙度的主要因素。     

铣削7075铝合金表面粗糙度试验研究

为进一步探究加工参数与7075铝合金表面粗糙度之间的变化关系。开展铣削7075铝合金表面粗糙度试验,基于单因素试验结果分析加工参数与表面粗糙度之间的影响规律,基于含有交互作用的正交试验结果,分析各加工因素最优参数水平,构建表面粗糙度二、三阶响应曲面预测模型。研究表明:表面粗糙度随着切削速度、进给量、切削深度的逐渐增加而增大;表面粗糙度各因素的最优参数水平为A2B1C1;对比分析F值、复相关系数,表面粗糙度三阶响应曲面预测模型优于二阶。确定的最优预测模型为深入研究加工参数与表面粗糙度之间变化关系奠定了理论基础。     

五轴联动铣削复杂曲面表面粗糙度研究

为了提高五轴联动铣削复杂曲面的加工质量,分析多切削工艺参数对表面粗糙度的影响至关重要。首先,通过单因素实验分析了各切削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,基于模拟退火算法理论,分别建立了各切削工艺参数与表面粗糙度的一元关系模型;其次,通过对单因素实验数据进行归一化处理,为正交实验优选切削工艺参数区间;最后,通过正交实验,分别建立了基于模拟退火及传统最小二乘原理的表面粗糙度多元复合预测模型并通过实验进行验证。验证结果表明,所建立的预测模型能够为复杂曲面铣削加工优选加工参数提供更准确的指导。     

旋转超声振动铣削Cr12MoV轴向切削力与表面粗糙度研究

为研究切削参数对切削效果的影响,将旋转超声振动铣削引入Cr12MoV模具钢铣削过程中;通过正交试验设计开展切削试验,从轴向平均切削力和表面粗糙度两方面研究了旋转超声振动铣削参数选择对Cr12MoV模具钢加工的影响.结果表明:在旋转超声振动辅助铣削Cr12MoV模具钢的过程中,主轴转速和切削深度对轴向平均切削力和表面粗糙度影响最大;在主轴转速2000 r/min、切削深度0.6 mm时,可获得较小的轴向平均切削力和较好的表面粗糙度;将旋转超声振动应用到Cr12MoV模具钢铣削过程中,能获得较好的加工效果.     

2024铝合金铣削加工表面残余应力仿真研究

为了研究不同的铣削参数对2024铝合金铣削过程中铣削加工表面残余应力的影响,采用有限元仿真与试验验证结合的方法,利用有限元建立2D铣削仿真模型,研究铣削过程中切削表面残余应力随切削参数的变化,并在相同的切削参数下进行铣削试验测量切削表面残余应力,采用正交试验和单因素试验对铣削参数进行优化。结果表明,有限元仿真的结果与试验的结果数据相近,验证了有限元模型的准确性,通过正交试验选出最优的铣削工艺参数为切削速度500m/min、每齿进给量0.05mm/z、铣削宽度10mm、铣削深度0.5mm;在切削2024铝合金时,在不影响生产的条件下,采用较低的切削速度,较低的进给量、铣削深度和铣削宽度,得到的表面残余应力值较小。     

Estimating the effect of cutting parameters on surface finish and power consumption during high speed machining of AISI 1045 steel using Taguchi design and ANOVA

The present paper outlines an experimental study to investigate the effects of cutting parameters on finish and power consumption by employing Taguchi techniques. The high speed machining of AISI 1045 using coated carbide tools was investigated. A combined technique using orthogonal array and analysis of variance was employed to investigate the contribution and effects of cutting speed, feed rate and depth of cut on three surface roughness parameters and power consumption. The results showed a significant effect of cutting speed on the surface roughness and power consumption, while the other parameters did not substantially affect the responses. Thereafter, optimal cutting parameters were obtained.     

金刚石工具加工SiO2f/SiO2复合材料的可行性研究

针对石英纤维增强陶瓷基复合材料(SiO_2f/SiO₂)制造的薄壁壳体零件加工过程中存在加工效率低、切削力较大易导致零件破裂和加工表面粗糙度不易达到要求等问题,为寻求零件可行的加工刀具和工艺参数,在阐述微刃切削原理基础上,用其研制的整体多刃PCD刀具和电镀金刚石磨头,开展金刚石工具加工SiO_2f/SiO₂复合材料的可行性研究。结果表明：采用基于微刃切削原理设计的整体多刃PCD刀具加工SiO_2f/SiO₂,因刀具锋利和多刃特点可以实现较大的切深并获得较大的切削效率,但是切削力相对较大;相比于整体多刃PCD刀具,电镀金刚石磨头加工SiO_2f/SiO₂时切削力较小,加工后工件表面质量较好,且其表面粗糙度较低;     

PVA基粘弹性磁性磨具的实验研究及加工参数优化

目的检验新研制的PVA基粘弹性磁性磨具的表面光整加工性能,掌握配比参数、加工条件等因素对加工效果的影响规律,并对加工参数进行优化以达到最佳加工效果。方法以6061铝合金管外圆表面为光整加工实验对象,通过先导实验首先确定出影响加工效果的主要因素及其参数范围,而后基于响应曲面法实验,对主轴转速、两相质量比、磨粒尺寸及加工时长等因素与工件表面粗糙度下降率(%?Ra)之间的关系进行了探究分析。结果最后通过对实验结果进行方差分析,建立了PVA基粘弹性磁性磨具加工铝合金管外表面的%?Ra预测模型,并对影响参数进行了优化设计,得到在最佳实验条件下(加工时间46 min、两相质量比1.45、主轴转速635r/min、磨粒尺寸65目),工件表面粗糙度下降率为92.5%,最低表面粗糙度为59 nm,显著改善了加工效果。结论作为一种新型光整加工介质PVA基粘弹性磁性磨具,其具有良好的自适应性及流动性,能达到较好的光整加工效果。影响%?Ra的单因素显著性从强到弱依次为:加工时长、主轴转速、磨粒尺寸、两相质量比。交互作用显著的因子为两相质量比+主轴转速、加工时长+主轴转速、两相质量比+磨粒尺寸。在主轴转速、加工时长取高水平,两相质量比取中等水平,磨粒尺寸取低或高水平时,能得到较好的表面加工效果。     

PVD硬质合金刀具加工NimonicC-263合金表面粗糙度的建模和分析

研究了加工Nimonic C-263合金时,切削参数（切削速度、给进速度、切削深度等）对表面粗糙度的影响。采用正交方法设计实验。评估了切削参数对表面粗糙度的影响,获得最小粗糙度的最优切削条件。采用响应面方法建立了切削参数和表面粗糙度的二次多项式模型。实验结果表明：在所考察的切削参数中,给进速度对表面粗糙度的影响最为显著,其次是切削速度。模型预测结果与实际结果吻合较好,表明所建立的模型能够用来有效地预测加工Nimonic C-263合金时的表面粗糙度。最后,对预测结果用加成定律进行了验证。     

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。     

300 M超高强钢车削加工表面质量

目的研究切削参数对300M超高强度钢加工表面质量的影响。方法选用硬质合金刀具车削加工300M超高强度钢,研究切削参数对表面加工硬化、残余应力及表面粗糙度的影响。通过HXD-1000显微硬度检测仪、X-350A型X射线应力测试系统、TR240表面粗糙度测量仪对实验过程进行检测分析。通过单因素试验研究影响表面粗糙度的主次因素,并通过正交试验,以进给量f、切削速度v、刀尖圆弧半径rε、背吃刀量a_p为变量建立表面粗糙度的预测模型。结果背吃刀量a_p=0.2 mm,切削速度v为60~120 m/min,进给量f为0.1~0.25 mm/r时,300M钢经切削加工后,维氏硬度在467~550HV范围内变化。切削速度从60 m/min增大至200 m/min时,表面残余应力从压应力-59.13 MPa变为拉应力257.33 MPa,次表层残余应力的最大残余压应力从-147.46 MPa增大到-422.65 MPa,并且层深至50μm左右处,工件材料的加工变质层结束。结论表面硬度随着进给量和切削速度的增大而减小,并且越往里层,硬度越低,直至达到基体的硬度。影响表面粗糙度的最主要因素为进给量,其次是刀尖圆弧半径,再次为切削速度,背吃刀量对表面粗糙度的影响最小。建立的表面粗糙度预测模型通过了试验验证,具有很高的加工精度。     

数控车削45调质钢粗糙度影响因素研究

以加工表面粗糙度与切削用量的关系为研究对象,采用单因素试验方法,利用硬质合金刀具对45调质钢进行湿式车削试验,测量得到选定参数条件下的加工表面粗糙度值,对试验结果进行分析。结果表明:在试验采用的切削参数范围内,表面粗糙度随进给量的增加而近似成线性增加;背吃刀量从0.05 mm增加到0.10 mm时,表面粗糙度减小,从0.10mm到0.20 mm时,表面粗糙度增加;切削速度从500 r/min到1 000 r/min时,加工表面粗糙度呈减小趋势,从1 000r/min到1 400 r/min时出现略为增加的趋势;该研究对实际加工45调质钢具有一定的指导意义,也可为合理选择切削用量提供理论参考。     

切削参数对车削20CrMnTi表面粗糙度的影响及优化研究

20CrMnTi是一种广泛应用于齿轮制造的材料。为提高20CrMnTi精加工的表面质量、加工效率,以车削20CrMnTi钢的表面粗糙度为研究对象,设计正交试验,在数控车床GENOS L250E上进行硬质合金刀具车削试验,探究切削参数（切削速度、进给量、背吃刀量）对表面粗糙度的影响。并通过多元回归建立切削参数与表面粗糙度的关系模型,从而构建以加工效率、表面粗糙度为目标的多目标优化模型,通过粒子群算法对切削参数进行优化。试验结果表明：使用优化后的切削参数加工可以减小表面粗糙度、提高加工效率。     

小直径磨棒磨削加工TiC颗粒增强钢基复合材料GT35

为探究TiC颗粒增强钢基复合材料GT35合理的加工参数和冷却润滑条件,研究其对切削力、表面质量及刀具磨损的影响规律,采用小直径磨棒以侧面磨削方式开展试验。结果表明:干磨削会引起磨棒烧伤,极压磨削油的润滑效果优于水基合成磨削液的;磨棒在极压磨削油润滑下,磨削工件12 min后进入稳定磨损状态,其主要磨损形式为磨粒破碎、磨粒磨耗和磨粒脱落;主轴转速对切削力的影响大于进给速度的,且转速越高,切削力越小;工件表面粗糙度主要与磨棒磨粒出露高度的平整度有关,受加工参数的影响较小。用小直径磨棒磨削加工GT35材料时,应选择极压磨削油润滑,高主轴转速、中速进给的加工方式,以获得良好的刀具寿命、工件加工表面质量及适当的加工效率。      

涡轮叶片切削参数研究与仿真

为解决涡轮叶片可选加工参数较多、加工质量与效率难以保证的难题,提出一种涡轮叶片的五轴加工工艺。利用解析分析的方法建立切削力理论模型,对比验证切削力经验公式的模型精度。结合工件受力变形有限元模型,选取优化后的切削参数,并利用可视化软件实现对叶片无偏摆点铣与侧铣程序的编制与仿真。可视化仿真结果表明：该加工工艺及参数下,可获得加工精度较高的叶片表面;点铣法加工精度较高,通用性强,与侧铣法相比效率较低。铣削试验结果表明：仿真表面结果与试验表面在变化规律上吻合良好,证明了所提工艺与参数的有效性,提升了涡轮叶片的制造精度与效率。