Ti-6Al-4V钛合金高速铣削表面完整性研究及切削参数数据库开发

论文摘要

Ti-6Al-4V是航空航天工业应用最为广泛的钛合金材料之一。因Ti-6Al-4V钛合金所固有导热系数低、化学活性高、弹性模量小及刀-屑接触面积小等特点使其成为典型的难加工材料,引起加工过程中生产效率低、刀具磨损破损严重、加工表面质量差、生产成本高等制造工艺难题。以高速铣削Ti-6Al-4V钛合金为研究对象,分析了不同铣削参数对其表面质量完整性的影响;采用遗传算法对铣削参数进行优化,实现根据不同加工阶段的加工目标进行铣削参数的合理选择;为指导生产实际,便于铣削参数的管理和成功工艺数据的积累,建立了高速铣削Ti-6Al-4V钛合金切削参数数据库。在综述钛合金切削加工性,掌握Ti-6Al-4V钛合金的切削加工特点的基础上,明确表面完整性研究的主要研究内容;通过四因素四水平正交实验和单因素实验分析铣削速度、每齿进给量、铣削深度、铣削宽度对表面完整性的影响;建立了高速铣削Ti-6Al-4V钛合金表面粗糙度值的经验公式,完成了各参数对粗糙度值影响的主次关系图谱,根据工艺参数对粗糙度的影响规律,定性的给出高速铣削钛合金铣削参数的选择原则;基于实验研究,观察不同铣削参数下,高速铣削Ti-6Al-4V钛合金的表面形貌;基于不同铣削参数下铣削力的实验测试,总结出铣削力随工艺参数的变化规律;对不同工艺参数加工表面的微观硬度进行测试,获得工艺参数对表面硬化的影响规律;使用X射线残余应力测试仪,对加工表面表残余应力进行测试,获得表面残余应力随切削用量变化的变化趋势;按粗精加工阶段所要求的加工目标的不同,确定不同的目标函数,提出遗传算法对铣削参数进行优化的思路。最后,在上述的实验研究及理论分析的基础上,以SQLserver 2000为后台数据库管理系统,VC++ 6.0为软件开发工具,完成了切削参数管理系统的开发。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景及国内外研究现状
• 1.2.1 高速切削加工技术研究现状
• 1.2.2 钛合金高速切削研究现状
• 1.2.3 高速切削表面完整性研究现状
• 1.3 切削数据库研究现状
• 1.4 论文研究的目、意义、内容及总体框架
• 1.4.1 研究的目的及意义
• 1.4.2 主要内容
• 1.4.3 总体结构框架
• 第二章 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削表面完整性研究
• 2.1 机械加工表面完整性对零件使用性能的影响
• 2.1.1 表面完整性对耐磨性的影响
• 2.1.2 表面完整性对疲劳强度的影响
• 2.1.3 表面完整性对耐蚀性的影响
• 2.2 钛合金的切削加工性
• 2.2.1 钛合金的切削加工性
• 2.2.2 钛合金高速切削过程的特点
• 2.3 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削表面粗糙度实验研究
• 2.3.1 高速铣削影响表面粗糙度的主要因素
• 2.3.2 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削正交实验及结果分析
• 2.3.3 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削单因素实验及结果分析
• 2.3.4 各切削参数对粗糙度值的影响
• 2.4 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削表面残余应力
• 2.4.1 高速铣削表面残余应力产生机理
• 2.4.2 Ti-6Al-4V钛合金残余应力的测量及分析
• 2.5 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削表面加工硬化
• 2.5.1 高速切削加工表面硬化机理
• 2.5.2 切削加工表面硬化评价方法
• 2.5.3 Ti-6Al-4V钛合金高速铣削实验表面硬化层检测
• 2.5.4 各铣削因素对加工硬化的影响
• 第三章 高速铣削Ti-6Al-4V钛合金切削参数优化的研究
• 3.1 切削参数优化方法概述
• 3.1.1 切削参数优化实验研究
• 3.1.2 有限元仿真在切削参数优化中的应用
• 3.1.3 优化算法介绍
• 3.2 高速铣削Ti-6Al-4V钛合金切削参数优化
• 3.2.1 铣削参数优化变量确定
• 3.2.2 高速铣削参数优化目标函数
• 3.2.3 铣削参数优化约束条件
• 3.2.4 铣削参数优化方法及步骤
• 3.2.5 染色体编码及解码方法
• 3.2.6 遗传算法铣削参数优化流程
• 第四章 高速铣削Ti-6Al-4V切削参数数据库的建立
• 4.1 数据库的设计方法概述
• 4.1.1 数据库设计的需求分析
• 4.1.2 概念设计
• 4.1.3 逻辑设计
• 4.1.4 物理设计
• 4.2 系统总体设计
• 4.2.1 系统功能描述
• 4.2.2 功能模块划分
• 4.2.3 系统流程分析
• 4.3 数据库设计
• 4.3.1 创建数据库
• 4.3.2 设计表结构
• 4.3.3 设计应用程序框架
• 4.4 切削参数优化系统使用简介
• 4.4.1 系统登录
• 4.4.2 查询功能使用
• 4.5 程序的安装、使用
• 第五章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 本领域相关研究工作的进一步展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文及参加的课题
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表