高速铣削沉淀硬化不锈钢的切削特性研究

作     者：高可 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金成哲

授予年度：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 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：高速铣削 15-5PH沉淀硬化不锈钢 切削特性 有限元仿真 试验 

摘      要：15-5PH沉淀硬化不锈钢以其优良特性,在航天航空、医疗器械等领域都有着广泛的应用。但该材料也因其难加工性,在加工过程中,易出现切削温度过高和刀具磨损过快等现象,致使加工质量和效率均有所下降,同时加工成本上升。因此,研究15-5PH沉淀硬化不锈钢的切削特性,并进行参数优化,对提高加工效率和加工质量,降低生产成本具有重要意义。针对以上加工需求,首先,基于Deform-3D软件,建立了铣削仿真模型,设置运动参数,进行了正交铣削运动仿真,并通过试验验证了仿真模型的合理性,以极差方法分析了各切削用量对切削力的影响规律及显著性。得到各切削用量对切削力的影响程度关系。得出每齿进给量对切削力F和F影响程度最深,而径向切深对切削力F影响程度最重。并结合仿真与试验,对切削用量如何影响切削力变化进行了规律总结和成因分析。然后,通过单因素仿真研究铣削沉淀硬化不锈钢15-5PH过程中,在不同切削用量条件下刀具磨损变化规律,并通过试验研究了在切削路径长度不断变化的情况下,刀具磨损程度的改变情况。通过能谱分析,观察到刀具磨损区域含有来自工件的Cr、Cu和Si元素,并通过对比发现,随着涂层的脱落,刀具磨损进一步加深,刀具磨损区域上来自工件的元素含量也有所增加。最后,以主轴转速、进给速度、轴向切深和径向切深为优化设计变量,以切削力、表面粗糙度和材料去除率作为响应性能指标,通过Box-Behnken来设计曲面响应法方案,利用Design-Expert软件建立响应分析模型,研究了各切削用量间交互作用对优化目标的影响规律。得到高速铣削沉淀硬化不锈钢条件下降低切削力和粗糙度,提高切削效率的最优选择组合。