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车削去除线材表面缺陷多目标优化研究

车削去除线材表面缺陷多目标优化研究

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作者：刘亚雄西安建筑科技大学

学位级别：硕士

高温合金线材盘圆是航空紧固件制造的重要原材料,其具有直径小长度大的特点,在经过熔炼、锻造、轧制、拉丝减径等工艺后常会出现裂纹和折叠等表面缺陷,放置一段时间后还会产生表面黑皮缺陷,同时也可能会存在椭圆度大和尺寸均匀性差的问... 详细信息

高温合金线材盘圆是航空紧固件制造的重要原材料,其具有直径小长度大的特点,在经过熔炼、锻造、轧制、拉丝减径等工艺后常会出现裂纹和折叠等表面缺陷,放置一段时间后还会产生表面黑皮缺陷,同时也可能会存在椭圆度大和尺寸均匀性差的问题。传统工艺对表面缺陷的处理多采用磨削加工和化学酸洗的方式,采用磨削加工高温合金极易造成工件表面烧伤,而化学酸洗工艺在去除表面黑皮的同时往往会造成工件表面破坏侵蚀,产生麻点等新缺陷,致使线材表面粗糙度难以控制,同时磨削加工和化学酸洗工艺对环境污染较大,不利于绿色制造的推动。本文采用无心车床对含有表面缺陷的高温合金线材盘圆进行表面车削的新工艺,通过多目标优化方法改善表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度。本文主要研究表面缺陷线材车削表面完整性及加工精度多目标优化。以无心车床车削去除GH2132线材盘圆表面缺陷的新工艺为研究核心,分析不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度对车削去除线材表面缺陷的影响,同时对比不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度情况下工艺参数对工件表面完整性和加工精度的影响,进一步分析表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度的形成原因。最后对车削去除表面缺陷后的线材表面完整性和加工精度进行预测和优化,得到单目标优化可行工艺参数域及最优工艺参数组和多目标优化可行工艺参数域及最优工艺参数组。论文的主要工作内容如下:(1)介绍无心车床车削去除线材表面缺陷的基本原理,设计单因素试验分析不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度下线材的车削表面完整性和加工精度。可以得到不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度不影响车削去除表面缺陷后的线材表面粗糙度、表面显微硬度和尺寸误差整体趋势,但车削表面完整性和加工精度参数所处区间发生变化。通过对表面缺陷线材进行车削表面残余应力检测,可以得到轴向为残余压应力,周向为较小的残余拉应力,以及表面残余应力分布范围。(2)确定无心车床工艺参数对表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度的影响趋势,并分析其形成原因。可以发现当主轴转速从380 r/min增大时,无心车床加工线材会产生切削颤振,低进给速度切削时刀具表面容易产生积屑瘤,这均会导致线材表面完整性和加工精度变差。分别构建表面粗糙度、表面显微硬度和尺寸误差的回归模型,可以得到在工艺参数显著区间上进给速度对表面粗糙度和尺寸误差的影响效果大于主轴转速,进给速度对表面显微硬度的影响效果小于主轴转速。还可以得到无心车床车削去除线材表面缺陷的最小表面粗糙度工艺参数组、最大表面显微硬度工艺参数组和最小尺寸误差工艺参数组。(3)确定无心车床车削去除表面缺陷后的线材表面粗糙度、表面显微硬度和尺寸误差多目标优化工艺参数组,分析无心车床工艺参数对多目标优化的影响。采用层次分析方法可以得到多目标优化中表面粗糙度权重为0.6,尺寸误差权重为0.27,表面显微硬度权重为0.13,利用灰色关联分析理论得到主轴转速对多目标响应的影响大于进给速度。采用响应曲面法与灰色关联度结合的方法,构建表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度多目标优化灰色关联度值响应曲面模型,基于此得到多目标优化最优工艺参数组。根据工程实际要求,确定表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度多目标优化灰色关联度值最低评价指标GRG为0.59,基于此得到车削去除线材表面缺陷多目标优化可行工艺参数域。

关键词：表面缺陷线材无心车床高温合金灰色关联度可行工艺参数域

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