通电加热铣削技术及其过程监测研究

摘要

随着现代工业技术的发展，出现了很多高强度、高硬度和耐高温的材料。对这些材料进行加工时，切削力大，刀具磨损严重，加工表面质量差。随着历史的发展，人们发明了很多种针对这些材料的加工方法。像导电加热切削就是其中一种有效的加工方法。通过分析以往的加热切削方法的特点可知，目前国内外所有导电加热切削，根据其导电原理分析，只能用于车削、钻削等连续切削，而不能用于铣削这种断续切削，因为那样会产生电火花而烧伤工件。所以本文提出了一种新的通电加热切削方法，并用以铣削来验证。而且该技术也是一种无须切削液的绿色加工方法。
　　介绍了通电加热铣削的基本原理，并通过搭建的试验平台对淬火T10A工具钢和高温合金GH2132这两种典型的难加工材料进行试验，后通过分析加工后的表面粗糙度和用小波变换处理采集到的振动信号来证明这种方法的有效性。对淬火T10A工具钢的试验结果表明，在合理的工况下，通电加热铣削过程中的振动幅值相比传统铣削大约减小了5倍，表面粗糙度大约小了10倍。对高温合金GH2132的试验结果表明，在合理的工况下，通电加热铣削过程中的振动幅值相比传统铣削大约减小了4倍，而且通过扫面电镜分析得知，通电加热铣削产生的高温未改变高温合金GH2132加工深度方向上的金相组织。通过对两块材料的试验分析，得出的结果表明:当选择合适的切削参数时，通电加热铣削相比传统铣削，可以软化工件、降低加工振动、减小表明粗糙度、提高加工精度、降低刀具磨损、减小加工成本，还可以保证加工后材料的金相组织不发生改变。
　　另外还提出了一种基于通电加热的新型高温硬度测量方法，并用该方法分析了淬火T10A工具钢和高温合金GH2132这两种材料在高温下的硬度变化情况。通过试验发现，常温57HRC的淬火T10A工具钢在300℃左右，硬度就急剧降低至30HRC左右;常温53HRA的高温合金GH2132在600℃～700℃范围内，硬度也有所下降，大约降至46HRA。通过与理论上这两种材料的材料特性相比较表明:该高温硬度测量方法确实是可行的，而且这也证明了本文提出的通电加热铣削的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 加热切削的研究现状

1．2．1 加热切削的发展历程

1．2．2 几种加热切削的特点

1．3 本文的主要研究内容与创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 创新点

1．4 小结

第二章 通电加热铣削原理

2．1 现有的通电加热铣削技术的理论基础

2．1．1 金属材料的软化效应

2．1．2 利用切削温度控制切削过程

2．2 本项目通电加热铣削的基本原理

2．3 通电加热铣削的加热模型

2．4 加热电阻分析

2．5 小结

第三章 工件高温硬度分析

3．1 高温硬度测量的研究现状

3．2 新的高温硬度测量方法

3．2．1 基本原理

3．2．2 试验验证与分析

3．3 小结

第四章 有限元仿真

4．1 传热模型的建立

4．2 基于ANSYS的温度场仿真

4．3 小结

第五章 通电加热铣削试验装置和试验参数

5．1 试验目的与思路

5．2 试验平台

5．2．1 试验装置总装

5．2．2 试验机床

5．2．3 电源

5．2．4 工件材料

5．2．5 试验刀具

5．2．6 加热电极

5．2．7 其他测量装置

5．3 信号采集软硬件系统

5．3．1 信号采集系统框架

5．3．2 振动传感器的选择

5．3．3 数据采集卡的选择

5．3．4 信号采集系统软件平台的建立

5．4 试验方案

5．5 小结

第六章 试验结果与信号处理

6．1 信号处理方法的选择

6．2 信号的小波变换

6．2．1 小波变换简介

6．2．2 小波基函数的选择

6．2．3 小波变换处理与分析

6．3 小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

研究生在学期间的主要科研成果

致谢