多轴球头铣削H13钢表面形貌研究及摩擦系数预测

摘要

模具被称为“工业之母”，其工艺水准和加工质量已经成为判断一个国家加工制造业水平的重要参考。模具成本极其昂贵，因此如何降低成本、提高模具寿命是模具行业面临的关键问题。本文针对H13热作模具钢，从加工表面形貌出发，研究表面形貌与摩擦磨损性能的关系，为提高模具寿命提供理论参考。
　　进行了多轴球头铣削过程几何研究，得出刀具位姿对刀尖参切的影响，选取了合理的刀具位姿避免刀尖参与切削，有助于提高加工表面质量以及切削刀具的寿命;以加工路径和径向切深为研究变量设计多轴球头铣削H13模具钢单因素试验，利用白光干涉仪得到了铣削表面的形貌图。
　　本文基于Birmingham参数体系确定了球铣表面的各个表征参数，结果发现在不同加工路径下，径向切深对幅值参数、空间参数、综合参数、功能参数都有显著的影响;利用双树复小波变换对加工表面形貌进行了研究，发现中频段表面粗糙度最大;利用分形理论发现分形维数对复杂形状中的微观组织结构有很强的分辨能力，当1＜m（径向切深与每齿进给量的比值）＜2时，铣削表面形貌微观组织结构最简单;利用自相关函数对铣削表面形貌进行分析，发现各个加工路径下随着径向切深的增大，长波在表面形貌中占的比例越来越大。
　　进行了球-盘往复摩擦试验，得到各个样条的摩擦系数并对磨损后的样条进行了耐磨性分析。发现在各个加工路径下，加工表面摩擦系数随径向切深的增加先增大后减小。摩擦方向与形貌纹理方向一致时，磨损以黏着磨损为主，耐磨性最差;摩擦方向与形貌纹理方向垂直时，磨损形式主要为磨粒磨损，耐磨性最好。
　　利用皮尔逊积矩法对铣削形貌各种评价参数和摩擦系数进行了相关分析，发现均方根偏差Sq、平均顶点曲率Ssc、表面顶点密度Sds、分形维数D以及自相关长度最快下降长度Sal五种铣削形貌评价参数与摩擦系数呈现强相关。基于得到的五个摩擦系数强相关因素，建立了BP神经网络摩擦系数预测模型，对选取的训练样本和测试样本进行反复训练，最终得到了摩擦系数预测结果。结果表明，预测值与实际测量值基本吻合，所建立的模型是有效的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 多轴球头铣削表面形貌研究

1．2．1 高速铣削加工特点与应用

1．2．2 多轴球头铣削表面形貌研究现状

1．3 多轴球头铣削表面形貌表征方法研究现状

1．3．1 参数表征法

1．3．2 双树复小波分析法

1．3．3 分形表征法

1．3．4 自相关函数法

1．4 加工表面摩擦磨损研究现状

1．5 存在的主要问题

1．6 论文的主要内容

第2章 H13钢铣削试验及形貌获取

2．1 多轴球头铣削过程几何分析

2．1．1 刀具姿态的定义

2．1．2 刀尖参切分析

2．2 多轴球头铣削试验及形貌获取

2．2．1 试验设备及条件

2．2．2 试验参数设置

2．2．3 铣削表面形貌获取

2．3 铣削表面三维形貌表征

2．3．1 幅值参数表征

2．3．2 空间参数表征

2．3．3 综合参数表征

2．3．4 功能参数表征

2．4 本章小结

第3章 H13钢铣削表面形貌分析

3．1 双树复小波多尺度分析

3．1．1 双树复小波理论基础

3．1．2 铣削表面的分解重构

3．1．3 双树复小波分析铣削表面形貌

3．2 分形法分析

3．2．1 分形理论基础

3．2．2 分形维数计算

3．2．3 分形维数法模拟并分析表面形貌

3．3 自相关函数法分析

3．3．1 自相关函数理论基础

3．3．2 高斯表面模拟

3．3．3 自相关长度与表面形貌分析

3．4 本章小结

第4章 铣削表面摩擦磨损性能分析

4．1 H13钢铣削表面摩擦试验

4．1．1 试验设备和摩擦副的选取

4．1．2 试验条件的确定

4．2 加工表面摩擦特性研究

4．2．1 铣削表面加工路径与摩擦系数关系分析

4．2．2 铣削表面分形维数与摩擦系数关系分析

4．2．3 铣削表面三维表征参数与摩擦系数相关性分析

4．3 加工表面耐磨性分析

4．4 本章小结

第5章 基于BP神经网络的铣削表面摩擦系数预测

5．1 BP神经网络

5．1．2 BP神经网络原理

5．2 铣削表面摩擦系数预测模型

5．2．1 BP神经网络参数的选择

5．2．2 训练样本的选取

5．2．3 训练样本归一化

5．2．4 BP神经网络训练

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢