超声辅助硬态切削切屑形态与表面加工质量的试验研究

摘要

金属切削加工是机械制造业中应用最为广泛的一种主要的加工方法,而淬硬钢更是广泛应用于对硬度和耐磨性要求都较高的基础零部件当中,对其加工过去常常采用磨削加工方法,但磨削效率低、成本高、对环境污染严重等缺点限制其应用的范围。超声辅助硬切削加工的出现解决了上述难题,将超声振动引入到普通切削中,能够降低切削中有害振动对切削过程的影响,并能够有效地降低切削力及切削温度,从而能够获得较好的表面质量。
　　本文立足于研究超声辅助硬切削加工及普通硬切削加工45号淬硬钢,研究不同的切削用量(机床转速、进给量、切削深度)对已加工表面粗糙度及其表面微观形貌的影响规律。试验结果表明:与普通切削相比,超声辅助硬切削加工具有降低切削力和切削温度、提高表面质量的优势。通过实验及对两种切削条件下的切削过程进行神经网络建模,对它们已加工表面粗糙度进行预测,借助相关测量及观察仪器,观察各种切削参数下的表面粗糙度以及微观表面形貌,以获得较好的表面质量为主要目的,对超声辅助硬切削加工及普通切削加工的切削用量进行优化,得出适合本试验的超声振动切削加工及普通切削加工的优化切削参数,同时对两种切削条件下的切屑形态进行研究分析。在同样的切削参数下,超声振动切削车削切屑生成过程比普通车削过程要平稳,得到的切屑形状也比普通车削更规则,能够获得更好的切屑形态,而切屑形态正是表面质量好坏的体现,即超声车削能达到更好的表面质量。而对切削进行参数优化,是提高生产率、实现最低成本以及获得最大利润的一种重要途径。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题产生背景与意义

1.3 PCBN刀具国内外研究应用

1.4 硬切削国内外研究现状

1.5 超声振动切削的国内外研究状况

1.6 本课题的主要研究内容

2 超声振动切削机理

2.1 超声振动切削切削刃的运动机理

2.2 振动切削工件的动态变化

2.3 不灵敏性超声振动切削机理

2.4 车削加工表面形成机理

2.5 超声振动切削减小表面粗糙度机理

2.6 本章小结

3 超声振动硬态车削切屑的形成机理及试验研究

3.1 切屑形态及其形成机理

3.2 超声切屑的形成机理

3.3 45号淬硬钢切屑试验研究

3.4 本章小结

4 超声振动硬态车削表面质量的试验研究

4.1 试验目的、设备及条件

4.2 超声振动切削装置的设计与选用

4.3 超声振动切削试验现场照片及阐述

4.4 正交试验设计及试验结果

4.5 试验结果分析

4.6 车削表面微观形貌特征分析

4.7 普通及超声振动车削表面粗糙度回归分析

4.8 正交试验数据极差分析及车削参数优化

4.9 本章小结

5 基于人工神经网络的超声振动车削表面粗糙度预测与建模

5.1 BP神经网络模型

5.2 BP神经网络学习算法

5.3 BP神经网络设计

5.4 车削表面粗糙度BP网络模型的建立与预测

5.5 BP网络模型的验证试验

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 本论文主要研究工作与结论

6.2 主要创新点

6.3 研究工件展望

参考文献

附录

作者简历

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