低温微量润滑高速铣削300M钢切削力与切削温度研究

摘要

低温微量润滑切削技术(CMQL)是一种重要的绿色切削技术，秉承绿色制造的理念在切削加工过程中无废气、废渣、废液的排放。它汲取微量润滑技术(MQL)的优点，同时融合低温冷风技术，在减小切削力，降低切削温度、提升润滑效果的同时还提高了已加工表面的表面质量。特别是在切削加工难加工材料时，更体现出低温微量润滑的独特优势。研究中所用的300M钢是一种应用于航空航天领域的难加工材料，采用传统加工方法时，会出现切削力过大、切削区域温度过高、刀具寿命极大缩短进而造成生产效率低、资源消耗大，限制了300M超高强度钢在此领域的应用和发展。本文采用CMQL技术，试验仿真相结合，针对低温微量润滑条件下高速铣削300M钢的切削力、切削温度进行了研究。
　　首先，通过有限元分析软件准确构建300M钢高速铣削加工过程动态物理仿真模型，对刀具应力场和温度场的三维数值模拟计算。得到低温微量润滑条件下高速铣削300M钢刀具的应力场和温度场分布。
　　其次，在干式与低温微量润滑两种不同环境下，采用不同切削参数进行高速铣削300M钢的单因素切削试验，分别测量两种不同切削环境下的切削力，同时测量切削区域的温度。深入分析低温微量润滑在高速铣削300M钢加工中的降温减摩效果，得到低温微量润滑环境下切削力、切削温度与各切削参数的变化规律。
　　进而，选择合理的切削参数用于低温微量润滑高速铣削300M钢正交试验。在试验所得数据基础上获得了低温微量润滑条件下高速铣削300M钢切削力、切削温度相对于切削参数的预测模型，并完成预测模型的显著性检验。
　　最后，以预测模型为基础应用遗传算法建立多目标优化模型，根据约束条件得到最优的切削参数，从而为实际生产加工提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究目的和意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题的研究目的和意义

1．2 低温微量润滑技术

1．2．1 低温微量润滑系统及工艺参数

1．2．2 低温微量润滑技术切削加工特性

1．2．3 低温微量润滑机理

1．3 国内外研究现状

1．3．1 低温微量润滑国内外研究现状

1．3．2 300M钢国内外研究现状

1．3．3 切削力国内外研究现状

1．3．4 切削温度国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 低温微量润滑高速铣削300M钢仿真研究

2．1 有限元仿真软件

2．2 有限元仿真模型建立

2．3 低温微量润滑高速铣削结果的仿真分析

2．3．1 切削应力分布结果分析

2．3．2 切削温度分布结果分析

2．4 低温微量润滑高速铣削切削力与切削温度的仿真分析

2．4．1 加工环境对切削力与切削温度的影响

2．4．2 切削速度对切削力与切削温度的影响

2．4．3 进给量对切削力与切削温度的影响

2．4．4 轴向切深对切削力与切削温度的影响

2．4．5 径向切宽对切削力与切削温度的影响

2．5 本章小结

第3章 低温微量润滑高速铣削300M钢切削力及温度试验研究

3．1 切削力与切削温度的来源及影响因素

3．1．1 切削力来源与影响因素

3．1．2 切削温度来源与影响因素

3．2 低温微量润滑铣削试验设备及测试系统

3．2．1 工件材料

3．2．2 刀具及机床选择

3．2．3 低温微量润滑系统

3．2．4 切削力测试系统及数据处理

3．2．5 切削温度测试系统及数据处理

3．3 低温微量润滑高速铣削试验方案及结果

3．4 低温微量润滑高速铣削切削力试验结果分析

3．4．1 切削环境对切削力的影响

3．4．2 切削速度对切削力的影响

3．4．3 每齿进给量对切削力的影响

3．4．4 轴向切深对切削力的影响

3．4．5 径向切宽对切削力的影响

3．5 低温微量润滑高速铣削切削温度试验结果分析

3．5．1 切削环境对切削温度的影响

3．5．2 切削速度对切削温度的影响

3．5．3 进给量对切削温度的影响

3．5．4 轴向切深对切削温度的影响

3．5．5 径向切宽对切削温度的影响

3．6 本章小结

第4章 低温微量润滑高速铣削300M钢切削力与切削温度预测模型建立

4．1 模型选择和MATLAB软件简介

4．1．1 模型选择

4．1．2 MATLAB软件简介

4．2 低温微量润滑高速铣削切削力与切削温度模型建立

4．2．1 正交试验方案

4．2．2 正交试验结果分析

4．2．3 经验模型建立过程

4．2．4 低温微量润滑切削力与切削温度经验模型

4．3 经验模型回归方程的显著性检验

4．4 经验模型回归方程系数的显著性检验

4．5 本章小结

第5章 低温微量润滑高速铣削300M钢的参数优化

5．1 遗传算法简介及其在参数优化中的应用

5．2 低温微量润滑高速铣削参数优化模型建立

5．2．1 切削参数对模型的影响

5．2．2 多目标优化模型

5．3 参数优化模型的约束条件

5．4 参数优化及结果验证

5．5 本章小结

结论

展望

攻读学位期间发表的学术论文及专利

参考文献

致谢