面銑加工奧氏體不銹鋼的切削參數(shù)優(yōu)化及有限元仿真研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼材料以其高強(qiáng)度、耐熱、耐腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在航空航天、化工、石油、建筑和食品等工業(yè)領(lǐng)域;然而該類(lèi)材料在切削加工中變形抗力大，加工硬化嚴(yán)重，導(dǎo)致刀具磨損、破損嚴(yán)重。本文針對(duì)奧氏體不銹鋼的難加工性，為提高不銹鋼加工質(zhì)量和加工效率、降低生產(chǎn)成本，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了面銑精加工304奧氏體不銹鋼切削用量，對(duì)加工表面粗糙度、切削力、主軸加速度、刀具壽命以及刀具失效機(jī)理進(jìn)行了詳盡的研究。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步優(yōu)化切削過(guò)程及參數(shù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、建立了面銑削動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定域進(jìn)行了求解，并通過(guò)建立有效的AdvantEdge三維有限元仿真模型，對(duì)切削溫度進(jìn)行了分析。
　　 本研究選取表面粗糙度、切削力及主軸加速度作為優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)面銑奧氏體不銹鋼的切削性能進(jìn)行了研究。由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析后得到了一組優(yōu)化后的最佳切削參數(shù)范圍，分別為切削速度v:120-160m/min，每齒進(jìn)給量fz:0.08-0.12mm/z，軸向切深ap:0.6-1mm，徑向切深ae:32-40mm，

3、最佳刀具懸長(zhǎng)為50mm。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同因素對(duì)加工表面粗糙度、切削力和主軸加速度的影響程度各不相同，綜合結(jié)果發(fā)現(xiàn)切削速度對(duì)三者均有較大影響，且切削速度不宜過(guò)高，每齒進(jìn)給量與軸向切深的影響次之，徑向切深影響較小。
　　 實(shí)驗(yàn)測(cè)得了不同切削用量下的刀具壽命，并對(duì)刀具磨損機(jī)理進(jìn)行了分析，在不同的切削速度下得到了不同的刀具磨損曲線。在低速時(shí)刀具磨損過(guò)程存在初期磨損、正常穩(wěn)定磨損與急劇磨損三個(gè)磨損階段;在較高速度時(shí)刀具磨損過(guò)程基本呈線性規(guī)律。

4、切削參數(shù)v=80m/min，fz=0.08mm/z，ap=0.6mm時(shí)刀具壽命最高，v=200m/min，fz=0.08mm/z，ap=1mm時(shí)材料去除體積最大。不同的切削參數(shù)下刀具前刀面磨損輕微，后刀面磨損嚴(yán)重，刀具失效形式為邊界磨損，后刀面磨損包含磨粒磨損、粘結(jié)磨損、氧化磨損及擴(kuò)散磨損。
　　 為進(jìn)一步優(yōu)化切削過(guò)程，建立了奧氏體不銹鋼面銑削動(dòng)力學(xué)模型，并運(yùn)用Matlab/Simulink工具實(shí)現(xiàn)了對(duì)切削力與振動(dòng)信號(hào)的預(yù)測(cè)，通

5、過(guò)切削力實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比證明了該動(dòng)力學(xué)模型的有效性。為了提高銑削過(guò)程的穩(wěn)定性，對(duì)穩(wěn)定域進(jìn)行了求解，結(jié)果表明每齒進(jìn)給量為0.08-0.12mm/z、徑向切深為35-45mm、刀具懸長(zhǎng)為50mm時(shí)，切削速度在80-240m/min內(nèi)，軸向切深在小于1.2mm內(nèi)選取較為合適。
　　 利用AdvantEdge有限元仿真軟件，建立了面銑削奧氏體不銹鋼三維有限元仿真模型。切削力及切屑仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符，證明了所建模型的有效性

6、。運(yùn)用該仿真模型，對(duì)不同參數(shù)下切削溫度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明切削區(qū)最高溫度區(qū)域分布在刀具刀尖附近;刀具的前刀面、后刀面及刀具內(nèi)部溫度分布則呈現(xiàn)明顯的梯度變化;沿刀具切削刃切削溫度分布著兩個(gè)峰值，而兩峰值出現(xiàn)的區(qū)域也是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中刀具磨損劇烈區(qū)域;切削溫度在刀齒切入切出過(guò)程中，變化劇烈，存在周期性的熱沖擊;切削溫度隨著切削速度、每齒進(jìn)給量及軸向切深的增加而升高;切削溫度隨著軸向前角與徑向前角的增加先降低后升高，較優(yōu)的軸向前角為20°，徑向前角