镍基高温合金高速切削参数优化研究

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1、￣学校代码论文分类号：１０７０８：２学号：１５０５００６垂後在＃孩ＡｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ．＿？镍基高温合金髙速切削参数优化研究議函碰，Ｉｖ；５指导教师姓名：高东强教授学科名称：机械制造及自动化论文提交日期：誦年３月ｉ仑文答辩眺誦年５月：：学位授予单位：陕西科技大学ｆ；：Ｉ＃：ＩＬＪＩＩ——■■■■————■■■ｍｗｍｍ申请工学硕士学位论文论文题目：镍

2、基高温合金高速切削参数优化研究学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：机电工程学院硕士生：王俊杰导师：高东强教授2018年5月StudyofOptimizationofHighSpeedCuttingParametersforNickel-basedSuperalloysAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJunjieWangSup

3、ervisor:Prof.DongqiangGaoMay2018镍基高温合金高速切削参数优化研究摘要高速切削技术作为先进制造技术与传统方法比较，因为独特的加工特性和潜在的应用价值，已经成为21世纪重要的研究课题之一。金属材料的高速加工通常产生锯齿形切屑，锯齿形切屑的形成几乎影响整个切削过程，它包括切削温度、切削力、表面质量等。因此研究高速切削过程中锯齿形切屑的形成过程与切削参数之间的关系是十分必要的，切屑的形态和切削力是切削机理的重要组成部分。高温合金是航空航天领域广泛应用的典型的耐高温合金材料之一，由于高温合金的摩擦系数大、导热系数低、淬火硬化等因素，导致切削力、

4、切削温度高以及刀具磨损严重等，严重影响着加工效率和加工质量。在本文中，针对镍基高温合金GH4169进行了研究，尤其对其高速切削加工性能进行了深入的研究。根据实验结果，优化了高速切削加工的工艺参数。本论文主要的研究工作如下：（1）通过分析高速切削变形机理，发现高速切削时易于出现锯齿形切屑。根据绝热剪切理论推理集中剪切滑移切削模型和切削方程式。（2）采用有限元软件ABAQUS创建简化的二维正交切削有限元模型，模拟高速切削时切屑的形成过程，将加工刀具的前角、切削速度、切削厚度等不断调整，探讨对切屑形态的影响规律。（3）通过有限元瞬态仿真分析不同切削参数对切削力的影响。从仿

5、真结果看出，切削力随着刀具前角的增大而减小，随切削速度的增大和切削厚度的减小而减小，两者达到了很好地一致性，为实际生产提供了理论支持。（4）设计正交实验表，通过正交实验测出不同切削用量下的切削力的实验数据，并用数值计算法对数据处理，与有限元分析的数据利用曲线图的方法直观的对比发现，有限元模拟结果与实验数据基本一致。（5）设计高速切削镍基高温合金切屑形状实验。保证其他参数不变，只改变切削速度，在实验中收集每一组实验数据的切屑并通过ZIESS-LSM700电镜扫描拍照，分析不同切削速度的切屑形状。结果发现，镍基高温合金有带状和锯齿形两种切屑形态，两者之间有一个临界切削速

6、度（60m/min），当切削速度大于这个值时由于集中剪切滑移形成锯齿形切屑。（6）设计实验测量高速切削时刀具磨损形态和刀具寿命。结果发现，在I高速切削镍基高温合金时刀具磨损主要是粘结磨损、崩刃和片状脱落。测量不同切削参数值的刀具使用寿命值，结果表明，切削深度对刀具的使用寿命影响最大。（7）对镍基高温合金高速铣削参数进行了优化研究。基于最小化加工成本和最大化生产率的目标，建立了基于工件、机床、工具和加工要求约束的多目标参数优化模型。使用MATLAB遗传算法工具箱和图形用户界面工具箱（GUI），在给定条件下对参数进行优化。关键词：镍基高温合金，高速切削，切削力，有限元法

7、，锯齿状切屑，参数优化IIStudyonOptimizationofHighSpeedCuttingParametersforNickel-basedSuperalloysABSTRACTHigh-speedcuttingtechnologyhasbecomeoneoftheimportantresearchprojectinthe21stcentury,asanadvancedmanufacturingtechnologycomparedwithtraditionalmethods,becauseofitsuniqueprocessingcharacteris