钴基高温合金的高速铣削及其参数优化研究

论文摘要

高温合金是航空航天领域应用广泛的难加工材料之一。由于其导热系数小、摩擦系数大、加工硬化严重等原因,导致加工高温合金时,出现切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等现象,从而影响了高温合金的加工效率和质量。本文以钴基高温合金(GH5188)为研究对象,对其高速铣削加工性进行了比较深入的研究,并在试验结果的基础上对其高速铣削加工工艺参数进行了优化。本论文主要研究工作如下:(1)使用硬质合金刀具对钴基高温合金(GH5188)进行了高速铣削试验。研究了切削参数对切削力、刀具耐用度及加工表面粗糙度的影响;建立了切削力、表面粗糙度及刀具耐用度的经验公式;并与常用镍基高温合金(GH4169)的铣削加工性进行了比较,为实际加工GH5188提供参考;研究了刀具后刀面磨损对铣削力、加工表面粗糙度的影响。(2)对钴基高温合金高速铣削参数进行了优化研究。以最大生产效率、最低加工成本为优化目标,以工件、机床、刀具及加工要求为约束条件,建立了多目标参数优化模型。利用Matlab遗传算法工具箱和图形用户界面工具箱(GUIDE)开发了参数优化软件,并在给定条件下获得了参数优化结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图清单
• 表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 高温合金及其加工特点
• 1.1.1 高温合金的分类、性能及其应用
• 1.1.2 高温合金的切削加工特点
• 1.2 高速切削加工简介
• 1.2.1 高速切削加工的定义
• 1.2.2 高速切削加工的特点
• 1.3 高温合金高速切削的研究现状
• 1.3.1 关于切削力的研究
• 1.3.2 关于刀具磨损的研究
• 1.3.3 关于参数优化的研究
• 1.4 本课题拟开展的主要工作
• 第二章 高速铣削力的研究
• 2.1 试验条件与试验方案
• 2.1.1 试验设备与仪器
• 2.1.2 工件材料
• 2.1.3 试验方案
• 2.2 切削用量对铣削力的影响
• 2.2.1 切削速度对铣削力的影响
• 2.2.2 其他切削参数对铣削力的影响
• 2.3 刀具磨损对铣削力的影响
• 2.4 刀具坐标系中铣削力的变化规律
• 2.5 GH5188 与GH4169 的铣削力比较
• 2.6 本章小结
• 第三章 刀具磨损及工件表面粗糙度的研究
• 3.1 试验条件与试验方案
• 3.1.1 试验条件
• 3.1.2 试验方案
• 3.2 切削速度对刀具耐用度的影响
• 3.3 正交试验结果与分析
• 3.4 GH5188 与GH4169 的刀具磨损比较
• 3.5 加工表面粗糙度的研究
• 3.5.1 切削速度对表面粗糙度的影响
• 3.5.2 刀具磨损对表面粗糙度的影响
• 3.5.3 正交试验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 高速铣削参数优化的研究
• 4.1 参数优化目标函数的研究
• 4.1.1 最大生产效率目标函数
• 4.1.2 最低加工成本目标函数
• 4.1.3 多目标优化函数
• 4.2 参数优化约束条件的研究
• 4.2.1 机床对参数优化系统的约束
• 4.2.2 刀具对参数优化系统的约束
• 4.2.3 工件对参数优化系统的约束
• 4.3 基于遗传算法的参数优化系统的开发
• 4.3.1 应用遗传算法求解参数优化问题的可行性分析
• 4.3.2 遗传算法的求解过程
• 4.3.3 系统的实现
• 4.4 参数优化结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文