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防锈铝合金弱刚度复杂构件高速铣削工艺研究

汪振华  
【摘要】: 防锈铝合金由于具有较强的反射可见光、热和电磁波的能力是制造雷达中复杂结构弱刚度功能件——波导组件的理想材料,但其高质量的切削加工技术研究较少。高速切削加工技术研究虽然近年来受到广泛重视,但在切削机理、刀具材料、切削参数优化以及切削加工数据库等方面还需要进一步研究,目前高速切削加工技术已经列入了2006-2020年国家中长期科学和技术发展规划。本文采用高速铣削加工技术从铣削力、表面质量、切削参数优化以及弱刚度构件变形控制等方面对防锈铝合金弱刚度复杂构件加工技术进行了系统研究,为此类材料的应用与推广提供了技术支持,具有广阔的应用前景和重要的实际意义。 通过对铣削过程的分析建立了三维铣削分力的理论预测模型,并根据单齿铣削过程中剪切面的面积变化规律对铣削力进行了分类。对防锈铝合金AlMn1Cu进行了高速铣削加工试验,对采集的铣削力信号特征进行时域和频域分析,得到了铣削力信号的变化规律,并采用扫面电子显微镜对高速切削表面形貌进行观察与分析,获得了铣削表面形成机理和加工表面形貌的典型特征。 采用单因素试验法、析因试验法以及均匀试验法对AlMn1Cu材料进行了高速铣削加工试验。通过对单因素试验结果分析得到了铣削力和表面粗糙度随切削参数的单因素变化规律,析因试验结果得到了影响高速铣削力和表面粗糙度的重要效应因素,结果表明背吃刀量的影响最显著,而均匀试验结果进一步说明了铣削力和表面粗糙度的变化趋势。从直观分析的结果得到了获得最小表面粗糙度的切削参数组合,并通过试验进行了验证。采用偏最小二乘回归法建立了基于切削参数的铣削力和表面粗糙度预测模型,提高了模型的预测精度。 建立了基于切削参数的铣削力和表面粗糙度神经网络预测模型,在此模型的基础上建立了以最高加工效率为目标并以铣削力和表面粗糙度等技术要求为约束条件的切削参数优化数学模型,并提出了一种采用均匀试验设计的初始化种群技术以及无重复个体的稳态繁殖机制的模拟退火遗传混合优化算法,将该算法应用到切削参数优化计算中取得了较好效果。最终在上述技术的支持下建立了切削参数优化系统,并应用该系统提供了不同表面粗糙度技术要求下的最优切削参数组合。 采用有限元技术和加工试验相结合的方法得到了不同切削路径下弱刚度典型结构(薄壁、超薄腹板和微型孔/槽)的加工变形规律,并从切削参数和刀具的优化选择、切削路径和夹具的优化设计以及加工前后工件的处理等方面提出了控制与减小弱刚度构件加工变形的总体策略。 最后,应用上述研究成果进行了薄壁、雷达波导组件等弱刚度典型构件的高质量切削加工,质量检测结果表明工件的表面粗糙度、形位精度和尺寸精度均达到了技术要求,很好的解决了此类零件的加工问题,同时也为其它弱刚度构件的精密加工提供了参考。


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