难加工材料高速铣削机理及工艺

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1、一一主些idt丛生壑丝二一一难加工材料高速铣削机理及工艺摘要高速切削加工作为先进制造技术的重要基础技术，己开始在航空航天、汽车及模具工业中广泛应用，高速铣削加工是高速切削加工的一个重要组成部分，但因缺乏优化的高速铣削基础工艺支持及高速铣削机理的深入研究，实际生产中存在很多问题，不能充分发挥高速铣削的优越性。本文根据航空航天、汽车及模具工业对高速铣削工艺的迫切需要，首次全面地对高速立铣的切削力、切削热、切削稳定性、刀具磨损、加工表面完整性以及切削参数优化等有关高速铣削的机理和工艺问题作了深入、系统的理论、实验研究，并结合生产实际

2、对上海大众汽车发动机厂高速立铣加工存在的工艺问题作了改进，起到良好的效果。论文的主要研究内容包括:1.通过理论与实验相结合的方法对难加工材料高速铣削切屑成形机理、高速铣削中切削力的影响因素进行了深入研究。{课题首次结合切肖”速度和刀具齿数对钦合金TC4高速铣削过程的切屑形成机理进行实验研究，找出切削速度、刀具齿数对绝热剪切影响的变化规律;用Kistler测力仪对铣削力进行大量的测量与分析:首次利用响应曲面法建立了高速铣削的切削力系数受切削速度、每齿进给量、轴向切深、径向切深影响的二次多项式公式，并通过实验得到验证。2.论文对高

3、速铣削时的切削热、切削温度进行了深入的理论与实验研究。首次用有限元分析法对高速铣削铝合金薄壁件的切削温度进行三维热传导反求研究，用红外热像仪、夹丝热电偶对高速铣削薄壁铝合金进行测量，得出切削温度的变化规律。通过夹丝热电偶对钦合金铣削温度的测量，研究了主轴转速、刀具齿数对铣削温度、铣削力的影响。3.对难加工材料高速铣削中切削稳定性的理论与实验研究。根据高速铣削稳定性极值公式中刀具齿数、切削力系数变化的特性，定性研究了刀具齿数、主轴转速对切削稳定性的影响。通过大量切削稳定性实验研究的结果表明，刀具齿数、主轴转速对高速铣削的切削稳定

4、性有很大的影响，增加刀具齿数、主轴转速有利于稳定切削区的增加、有利于切削稳定性的提高。实验结果对实际生产具有重要指导意义。4.研究了难加工材料高速铣削加工的刀具磨损。通过大量的实验工作，研究了涂层刀具、非涂层刀具高速铣削难加工材料的刀具寿命、刀具磨损形态、磨损过程以及主要失效形式。研究结果表明，涂层、非涂层刀具加工钦合金TC4时粘结磨损和扩散磨损是刀具的主要磨损形式。涂层刀具加工高温镍基合金DZ4的主要失效摘要形式为非正常磨损，TiN涂层刀具不适合于DZ4的加工。5.对高速铣削钦合金TC4的表面完整性的深入研究。着重研究了高速

5、铣削加工中切削速度、刀具齿数对加工面的表面粗糙度、显微硬度、表面形貌的影响规律;对常规立铣刀高速铣削凯夫拉、橡胶等非金属难加工材料的加工质量作了一定的研究工作。6.高速铣削工艺参数优化的理论研究和对生产实际中的高速铣削工艺的改进。利用遗传算法对高速切削的工艺参数进行优化，建立了高速切削数据库的框架。在大量实验研究的基础上，结合实际对大众汽车发动机厂铸铁缸体件的高速铣削工艺进行改进，使刀具寿命得到明显提高，工件加工质量改善，生产成本下降。关键词:高速铣削，难加工材料，导热反求，刀具磨损，表面完整性上海交通大学博士学位论文MACH

6、ANISMANDPROCESSINHIGHSPEEDMILLINGDIFFICULT-TO-MACHININGMATERIALSABSTRACTAsanimportantsupportingtechnologyforadvancedmanufacturing,high-speed-machininghasseenavarietyofapplicationsinaerospace,automobileandmouldindustries.High-speed-milingisakindofhigh-speed-machining

7、technologyofgreatimportance.Duetodeficiencyofoptimumhigh-speed-millingbasicprocess'supportandthoroughinvestigationsintomechanismofhighspeedmilling,problemsoccurinrealproductionprocess,whichkeepa”onmakingfulluseofhigh-speed-milling'sadvantages.Inthispaper,forthefirst

8、timeinresponsetopressingdemandsbyaerospace,automobileandmouldindustriestohigh-Speed-milling,comprehensive,profoundandsystematictheoretical