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超高强度钢30Cr3SiNiMoVA高速铣削工艺参数优化研究

作　者: 黄文斌
导　师: 陈明；李乐洲
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 超高强度钢高速铣削有限元方法工艺参数优化
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超高强度钢因其优异的性能，广泛应用于航空航天等领域。但是它高强度、高硬度、低导热率的特点，使其成为一种难加工材料。传统加工超高强度钢，一般均采用粗加工切削和精加工磨削相结合的工艺方法，这样整个加工过程的工序多，装夹耗时长，加工效率低。同时，出于减轻重量和保证强度的需要，超高强度钢一般用于制造薄壁和精密零件，采用磨削加工很难同时满足加工质量和加工效率。因此，低下的生产效率和加工质量与不断增长的加工需求之间的矛盾，已构成超高强度钢在航空航天制造业中应用推广的主要瓶颈。随着高速机床和刀具技术的发展，高速切削技术已进入难加工材料的领域。采用高速切削，不但能大大地提高加工效率，还能获得良好的加工质量。因此，采用高速切削，尤其是高速铣削，代替原来的磨削精加工，实现超高强度钢等难加工材料的精切代磨，成为近年来研究的热点。然而，作为一种新型加工方式，人们对高速切削加工的机理还没形成系统的认识，有待进一步的研究；同时，目前对高速铣削超高强度钢的研究还很少，可供参考的工艺参数选择还不多，这都制约了实际生产中超高强度钢加工工艺的优化。本文基于航空舵面超高强度钢零件的加工特点，结合加工现场的实际情况，通过有限元仿真和切削试验对30Cr3SiNiMoVA超高强度钢的高速侧铣加工性能进行研究，最终为本单位的生产提供指导性建议。本文主要针对30Cr3SiNiMoVA的高速铣削加工性能进行研究，探求适合此种超高强度钢加工的工艺参数，主要包括以下三方面内容：（1）基于有限元仿真技术，研究低合金超高强度钢材料30Cr3SiNiMoVA在高效精密铣削加工条件下切削加工机理。（2）基于切削加工试验，研究低合金超高强度钢材料30Cr3SiNiMoVA在高效精密铣削加工条件下的铣削力、铣削振动等动态性能指标和表面粗糙度的变化规律。寻求合理的切削参数以达到最佳的切削效果。（3）基于切削加工试验和有限元仿真技术，进一步研究低合金超高强度钢30Cr3SiNiMoVA舵面零件的高效精密铣削加工工艺优化，主要包括加工方式优化（端铣和侧铣的比较）、切削参数优化、装夹优化等方面。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 超高强度钢的性能及其加工特点  9-11
    1.1.1 超高强度钢的发展与现状  9-10
    1.1.2 超高强度钢的加工特点  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-21
    1.2.1 高速切削加工特点  11-13
    1.2.2 高速切削相关技术  13-19
    1.2.3 高速硬铣削超高强度钢  19-21
  1.3 课题来源和研究内容  21-23
第二章 30Cr3 超高强度钢铣削加工有限元仿真研究  23-46
  2.1 有限元分析软件（TWS）介绍  23-25
    2.1.1 有限元分析方法的基本思想  23
    2.1.2 有限元分析方法的关键问题  23-24
    2.1.3 TWS 有限元软件介绍  24-25
  2.2 仿真过程及切削参数设计  25-29
    2.2.1 铣削加工有限元模型的建立  25-26
    2.2.2 仿真过程  26-28
    2.2.3 TWS 仿真参数  28-29
  2.3 切屑形态模拟仿真  29-34
    2.3.1 单因素 V  29-30
    2.3.2 单因素fz  30-31
    2.3.3 单因素a_p  31-32
    2.3.4 单因素a_w  32-34
  2.4 切削力模拟仿真  34-39
    2.4.1 单因素 V  34-35
    2.4.2 单因素f_z  35-36
    2.4.3 单因素a_p  36-38
    2.4.4 单因素a_w  38-39
  2.5 切削热模拟仿真  39-45
    2.5.1 单因素 V  39-41
    2.5.2 单因素f_z  41-42
    2.5.3 单因素a_p  42-43
    2.5.4 单因素a_w  43-45
  2.6 本章总结  45-46
第三章 30Cr3 铣削加工试验系统和试验方案  46-53
  3.1 试验工件及材料  46-47
  3.2 试验刀具  47-48
  3.3 试验系统  48-51
    3.3.1 试验机床  48-49
    3.3.2 切削力采集系统  49
    3.3.3 切削振动采集系统  49-50
    3.3.4 表面粗糙度分析系统  50-51
  3.4 试验方案  51-52
    3.4.1 轴向切深单因素试验  51
    3.4.2 切削参数优化试验  51-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章 30Cr3 超高强度钢材料高速铣削性能试验研究  53-73
  4.1 前言  53-56
    4.1.1 切削力  53-55
    4.1.2 切削振动  55-56
    4.1.3 表面粗糙度  56
  4.2 轴向切深单因素试验  56-58
  4.3 切削参数优化试验  58-71
    4.3.1 切削力试验研究  59-63
    4.3.2 切削振动和表面粗糙度试验研究  63-67
    4.3.3 切削参数优化  67-71
  4.4 超高强度钢的断屑性能  71
  4.5 本章小结  71-73
第五章 30Cr3 超高强度钢材料高效铣削加工工艺优化  73-78
  5.1 舵面零件原加工工艺分析  73-74
    5.1.1 舵面零件加工技术要求概述  73
    5.1.2 舵面零件加工现状  73-74
  5.2 舵面零件加工工艺优化  74-77
    5.2.1 舵面零件加工工艺路线优化  74-75
    5.2.2 舵面零件加工工艺优化措施和优化效果分析  75-77
  5.3 本章小结  77-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78
  6.2 展望  78-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读工程硕士学位期间发表的学术论文  84-86

超高强度钢30Cr3SiNiMoVA高速铣削工艺参数优化研究

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