油膜附水滴切削工艺参数分析与研究

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绿色制造这一概念的倡导和推广标志着低能耗、低污染制造模式已经成为我国当前制造业发展的主流方向,油膜附水滴(Oils on Water,OoW)切削技术作为一种新兴的绿色切削技术,切削技术工艺参数的分析与优化对该技术的推广应用意义匪浅。本文致力于寻求能够不仅使油膜附水滴切削刀具损耗最小化,还能提高加工工件质量的工艺参数组合。选取0Cr18Ni9不锈钢作为试验材料,选择切削过程中产生的切削力F和工件表面粗糙度Ra作为研究目标,选择对研究目标影响程度较大的关键因素即切削三要素切削速度_cv、进给量f、背吃刀量a_p为工艺参数变量,利用Design-expert软件中的Response Surface界面进行响应曲面设计中心复合实验(Central Composite Design,CCD),分析比较干切削、乳化液切削和OoW切削方式下的切削力和表面粗糙度,结果表明:OoW切削能更有效的降低切削力和表面粗糙度。分析OoW切削试验结果及模型拟合,归纳总结各工艺参数及两两交互作用对两个研究目标的影响程度及变化规律。为研究目标的综合优化提供科学的理论指导。采用熵值法确定两个研究目标的权重,分别对研究目标进行加权处理将两个研究目标转化为一个综合指标,分别运用响应面法和遗传算法优化BP神经网络(BP-GA)两种多目标优化方法对综合指标进行优化分析,比较两种优化方法的结果,优化后两个子目标切削力和表面粗糙度均达到了较优水平,利用响应面法优化完成后的最优参数组合为:切削速度_cv的取值为130 m/min,进给量f的取值为0.1 mm/r,背吃刀量a_p的取值为0.15 mm。基于该参数组合下切削力的取值为71 N,表面粗糙度的取值为1.904μm。利用BP-GA算法优化后的最佳参数组合为:切削速度_cv的取值为130 m/min,进给量f的取值为0.13 mm/r,背吃刀量a_p的取值为0.17 mm,基于该参数组合下切削力的取值为74.6 N,表面粗糙度的取值为1.973μm。比较发现响应面法优化方案对于油膜附水滴切削参数优化更有优势,为今后油膜附水滴切削技术的推广及优化提供了一定的参考价值。
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