等温淬火球墨铸铁铣削性能研究

论文摘要

等温淬火球墨铸铁（Austempered Ductile Iron,简称ADI）以其优良的综合机械性能,被广泛地应用到航天、船舶、车辆和重工业等领域。等温淬火热处理工艺在显著提高球墨铸铁综合力学性能的同时,也明显降低了该材料的机械切削加工性能,严重制约ADI材料的广泛应用（这种情况在我国尤为严重）。本论文主要研究等温淬火温度为250℃、300℃、350℃,淬火时间为1h的三组ADI材料。通过用Misumi公司生产的TiAlN和TiSiN两种涂层铣刀对各组ADI材料的干式铣削试验,研究了ADI材料铣削加工过程中等温淬火温度、刀具,以及切削速度、每齿进给量、切削宽度和切削深度对铣削力、刀具磨损、表面粗糙度的影响。并根据试验数据建立了基于模糊减法聚类的铣削力预测模型,该模型可为ADI材料的铣削加工提供合理的切削用量。本文研究内容具体如下:1.针对三组ADI材料,研究了等温淬火温度、切削刀具,对铣削力的影响;首先采用正交试验法研究了切削速度、每齿进给量、切削宽度和切削深度等切削用量四因素对铣削力的影响,进而用单因素法分别讨论了各因素对铣削力的影响。2.用两种刀具分别铣削三组ADI材料,记录切削加工过程中刀具后刀面的磨损情况,分析等温淬火温度和刀具材料对后刀面磨损的影响;采用S-4700扫描电镜观察铣削加工后各铣削刀具的刀面磨损形貌（后刀面）,分析了各切削刀具的磨损机理。3.采用2205型表面粗糙度测量仪测量了两种刀具铣削的工件的表面粗糙度,分析了等温淬火温度、切削刀具材料和切削用量对工件表面粗糙度的影响。4.基于模糊减法聚类模型建立等温淬火温度、切削刀具和切削用量的预测铣削力模型。本文为等温淬火温度250℃、300℃、350℃的三种ADI材料的铣削加工提供了精加工切削用量的参考数据。基于模糊减法聚类的铣削力预测模型为铣削力随热处理工艺参数、切削刀具和切削用量的变化提供了理论依据;模型的预测铣削力与试验测得的铣削力的误差不超过8.86%,说明铣削力预测模型可靠,可用于实际铣削过程的铣削力预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 ADI 的研究状况
• 1.2.1 ADI 材料的性能特点
• 1.2.2 ADI 的热处理工艺及生产工艺流程
• 1.2.3 ADI 产业现状及发展
• 1.3 ADI 的机械加工性能
• 1.4 切削加工ADI 的研究现状
• 1.5 本课题研究的主要工作
• 1.6 本章小结
• 第二章 铣削试验及铣削力的研究
• 2.1 机床参数
• 2.2 工件材料
• 2.2.1 工件材料的制备方法
• 2.2.2 ADI 材料热处理后的组织结构及力学性能
• 2.3 刀具材料及性能
• 2.4 铣削试验系统与试验方法
• 2.4.1 试验系统
• 2.4.2 试验方法
• 2.5 铣削力
• 2.5.1 铣削过程的特点
• 2.5.2 铣削用量参数
• 2.5.3 铣削时的铣削力
• 2.5.4 铣削力试验
• 2.6 铣削力分析
• 2.6.1 等温淬火温度和刀具对铣削力的影响
• 2.6.2 铣削用量对铣削力的影响
• 2.6.3 正交试验法铣削用量对铣削力的影响
• 2.7 建立基于模糊减法聚类的铣削力预测模型
• 2.7.1 模糊减法聚类的算法
• 2.7.2 建立数学模型
• 2.7.3 数据的分析
• 2.7.4 预测结果分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 铣削ADI 材料刀具磨损的研究
• 3.1 试验系统
• 3.2 刀具磨损试验
• 3.2.1 刀具磨损试验方案
• 3.2.2 刀具后刀面磨损试验结果
• 3.2.3 刀具后刀面磨损试验结果分析
• 3.3 铣削ADI 材料磨损机理的研究
• 3.3.1 铣削ADI 材料的磨损形态
• 3.3.2 铣削ADI 材料的磨损机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 表面粗糙度的试验研究
• 4.1 表面粗糙度产生的原因
• 4.2 影响表面粗糙的因素
• 4.3 表面粗糙度试验
• 4.3.1 表面粗糙度测量系统和试验
• 4.3.2 表面粗糙度试验结果与分析
• 4.3.3 采用正交试验法分析切削用量对表面粗糙度的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢