民用大飞机15-5PH不锈钢铣削工艺研究

摘要

15-5PH不锈钢作为一种新型不锈钢材料，以其优良的机械性能、耐高温和耐腐蚀性能，被广泛应用在飞机驱动装置、机身主梁及起落架等关键结构件。其优良力学性能也预示着该材料的难加工性。在15-5PH不锈钢加工过程中，由于其导热系数低和弹性模量小等，易出现变形抗力大、切削温度高、刀具磨损破损快以及加工硬化等现象，从而导致15-5PH不锈钢的加工质量和加工效率低下、加工成本过高。因此，研究15-5PH不锈钢的切削性能，优化其工艺参数，开发具有自主知识产权的专用数据库对于提高加工效率、控制加工成本和加工质量具有重要意义。
　　本文针对企业对于切削数据库系统的功能需求，选取粗加工、圆弧面和腹板三类特征开展基础实验研究、切削结果建模研究和切削参数优化研究。再将所有实验数据和实验结果录入到切削参数库系统，并调试运行。
　　针对15-5PH不锈钢粗加工过程中，刀具磨损和破损严重以及刀具寿命低下等问题，选用单因素实验设计方法，开展刀具磨损和刀具寿命实验。观察和分析不同条件下刀具的磨损和失效形式，分析各切削用量对刀具寿命的影响机理和规律。采用BP神经网络算法，进行刀具寿命建模，建立刀具寿命的预测模型，实现刀具寿命的经验预测。并借助粒子群优化算法，以切削效率为目标，进行粗加工铣削参数优化。
　　针对曲面粗糙度，选用正交试验设计方法，开展15-5PH不锈钢圆弧面工件精加工实验。研究分析铣削参数对圆弧面表面粗糙度的影响程度和规律。同时，采用偏最小二乘法和运动学分析法，分别进行表面粗糙度的经验建模和理论建模。通过对比预测精度更高的理论预测模型，以理论预测模型为基础，结合粒子群优化算法，以切削效率为目标，进行圆弧面精加工铣削参数优化。
　　针对腹板特征件，选用正交试验设计方法开展腹板精加工实验，研究分析切削参数对腹板表面粗糙度的影响程度和规律。其次，运用BP神经网络算法构建表面粗糙度的经验预测模型。最后，基于粒子群优化算法，结合预测模型，以切削效率为目标，进行腹板精加工铣削参数优化。
　　最后，将各类特征件的实验参数和结果、预测模型以及优化算法和优化结果录入到航空切削参数库系统，为数据库系统的核心功能提供理论、数据和技术支撑。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1．课题研究背景及研究意义

1．2．1 5-5PH不锈钢的性能特点和加工特性

1．2．1．性能特点

1．2．2．切削加工特点

1．3．研究现状分析

1．3．1．刀具磨损研究

1．3．2．刀具寿命建模研究

1．3．3．表面粗糙度预测建模研究

1．3．4．切削参数优化研究现状

1．4．切削参数库系统研究现状

1．5．论文主要研究内容

2．1 5-5PH不锈钢粗加工刀具磨损以及刀具寿命研究

2．1．引言

2．2．硬质合金刀具磨损研究

2．2．1．实验条件

2．2．2．硬质合金刀具磨损形貌和规律

2．3．硬质合金刀具寿命研究

2．3．1．实验设计

2．3．2．刀具寿命分析

2．3．3．铣削参数对刀具寿命的影响

2．4．粗加工刀具寿命建模研究

2．4．1．BP神经网络

2．4．2．粗加工刀具寿命建模

2．5．基于粒子群算法粗加工铣削参数优化研究

2．5．1．粒子群算法

2．5．2．粗加工铣削参数优化模型

2．5．3．粗加工铣削参数优化验证实验

2．6．本章小结

3．1 5-5PH不锈钢圆弧面工艺参数优化

3．1．引言

3．2．圆弧面加工实验及结果分析

3．2．1．实验设计

3．2．2．表面粗糙度分析

3．2．3．铣削参数对表面粗糙度的影响规律

3．3．圆弧面精加工表面粗糙度建模研究

3．3．1．经验建模研究

3．3．2．理论建模研究

3．3．3．预测模型精度对比分析

3．4．基于粒子群算法圆弧面铣削参数优化研究

3．4．1．圆弧面精加工铣削参数优化数学模型

3．4．2．圆弧面精加工参数优化实验验证

3．5．本章小结

4．1 5-5PH不锈钢腹板工艺参数优化

4．1．引言

4．2．腹板实验及结果分析

4．2．1．实验设计

4．2．2．表面粗糙度分析

4．2．3．铣削参数对表面粗糙度的影响规律

4．3．腹板精加工表面粗糙度建模研究

4．3．1．腹板表面粗糙度建模

4．4．基于粒子群算法腹板铣削参数优化

4．4．1．腹板精加工铣削参数优化数学模型

4．4．2．腹板精加工参数优化实验验证

4．5．本章小结

5．航空切削参数库系统的实现

5．1．引言

5．2．系统模块简介

5．3．功能模块实现

5．3．1．系统登录

5．3．2．基础数据管理

5．3．3．切削参数基础数据管理

5．3．4．切削结果预测

5．3．5．切削参数优化

5．3．6．典型零件实例数据管理

5．4．本章小结

6．总结与展望

6．1．工作总结

6．2．研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况