300M钢环形刀立铣工件温度场建模与加工表面质量研究

作     者：杨升 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭芳瑜;闫蓉

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：300M 钢 环形刀 工件温度场 面热源 表面质量 

摘      要：300M超高强度钢是一种在飞机起落架生产过程中普遍应用的难加工材料。飞机起落架作为主要的受力构件,其加工质量好坏将对零件的服役性能有重要影响。由于环形刀可提高加工效率、避免干涉,在起落架外筒的半精加工和精加工工序中得到了大量应用。在300M钢的加工过程中,这种难加工材料具有较低的导热率,可加工性能非常差,生产中会引起较大的切削力和温度,不可避免地会导致工件表面质量的恶化,有必要对其环形刀铣削工件温度场及加工表面质量展开研究。分析了环形刀几何结构特点并对刀具参数进行表征,由切削力系数标定实验获得三向切削力系数,通过数据拟合得到同未变形切屑厚度之间的关系,建立了环形刀立铣加工切削力模型。切削力预测值经过同实验值对比,证明了切削力预测值的准确性,符合温度场建模求解要求。在分析工件材料物理特性的基础上,采用瞬时有限大面热源叠加的方法建立了环形刀温度场模型,该模型考虑了剪切区域镜像热源的作用对温度场的影响,并在空间上将刀具轴向离散为微小的切削微元,时间上将切削历程离散为微小的时间间隔,通过积分求解得到工件端温度。搭建了环形刀铣削加工测温实验平台,验证了温度场解析模型计算结果的准确性,并分析了工件温度随主轴转速、每齿进给量及工件表层深度的变化规律。通过加工表面质量实验研究了不同切削参数条件下粗糙度、残余应力、显微硬度和硬化层深度的变化规律。考虑力、热耦合作用,初步分析了由切削力导致的塑性变形和热导致的热应力作用对300M钢加工表面质量的影响。本文建立的温度场模型可以快速计算工件端的温度值,可用于分析不同切削条件下环形刀加工工件温度场分布规律,采用温度场预测与表面质量实验研究相结合的方法,可以用来指导加工参数的优选,提高加工效率及加工表面质量。