模具鋼高速球頭銑削加工表面質(zhì)量的研究.pdf

1、高速球頭銑削技術(shù)廣泛應用于型腔模具加工領(lǐng)域，模具加工表面質(zhì)量關(guān)系到產(chǎn)品加工質(zhì)量與模具的使用壽命。高速球頭銑削加工表面形成機理的本質(zhì)概括為：銑削加工中產(chǎn)生周期性不均勻應力場與溫度場耦合作用于彈塑性材料表面，材料表面產(chǎn)生彈性回復以及塑性變形，從而影響工件表面幾何精度及變質(zhì)層的物理力學性能過程。切削參數(shù)和刀具位姿等加工參數(shù)通過高速球頭銑削共同影響加工表面的殘余應力、粗糙度以及加工硬化。本文對表面質(zhì)量的研究綜合運用解析、仿真與實驗方法，對表面質(zhì)

2、量預測、優(yōu)化和控制提出新思路和新方法，依此開發(fā)出新算法以適應表面質(zhì)量預測的需求。
　　 本文從金屬切削理論出發(fā)，針對球頭銑削的特點，應用微分幾何理論，建立S形刃銑刀切削刃線方程，通過切削力微元模型對球頭銑削切削力進行了仿真，分析了其銑削力變化規(guī)律；結(jié)合球頭銑削加工的刀具位姿及運動軌跡特點，實驗研究了球頭銑削切削力與刀具位姿、主軸轉(zhuǎn)速等加工參數(shù)的關(guān)系，進一步揭示了球頭銑削加工參數(shù)對切削力的影響機理和規(guī)律。
　　 依據(jù)高速球

3、頭銑削加工特點，研究了球頭銑削周期性變化的熱載荷與機械載荷對加工表面應力場和溫度場的影響，分析了加工表面微觀形貌的形成機理，研究了加工變質(zhì)層的形成規(guī)律，進一步揭示了球頭銑刀高速銑削加工的表面形成機理。利用無損表面殘余應力測試方法，對高速球頭銑削加工后的表面殘余應力測量，實驗發(fā)現(xiàn)表面殘余應力在走刀路徑方向上存在應力“累積效應”；依據(jù)H13模具鋼高速銑削實驗結(jié)果，建立了H13模具鋼高速加工條件下刀具前傾角和側(cè)偏角與表面殘余應力之間的預測模型

4、；通過側(cè)偏角單因素實驗給出了一種基于刀-工力簡化模型，計算了精加工條件下殘余應力極值產(chǎn)生的側(cè)偏角與前傾角組合結(jié)果；研究了多軸數(shù)控加工條件下的切削參數(shù)與殘余應力之間的作用機理，揭示了刀具位姿與表面殘余應力之間關(guān)系，建立了表面殘余應力與刀具前傾角的多項式擬合公式，分析了前傾角影響殘余應力的規(guī)律。從實驗角度綜合研究了加工參數(shù)對高速球頭銑削加工表面質(zhì)量的影響。通過單因素實驗以及多因素實驗，揭示了切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響規(guī)律，給出了多參數(shù)對于加工

5、表面質(zhì)量的影響顯著度順序，分析了各種因素對加工表面質(zhì)量的影響機理。
　　 在實驗研究及切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響機理研究的基礎上，建立了徑向切寬、軸向切深、每齒進給量與前傾角、側(cè)偏角對各種表面質(zhì)量參數(shù)之間的多元線性回歸預測模型；結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡的研究成果，對比和分析了BP神經(jīng)網(wǎng)絡、多元線性回歸預測模型應用于表面質(zhì)量預測的優(yōu)缺點，借助“插值”理論和方法，建立了基于多元線性回歸與BP神經(jīng)網(wǎng)絡的MLBP預測模型。采用此模型，通過插值預處