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GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化

李锋 陈振 赵德中 李文科

李锋, 陈振, 赵德中, 李文科. GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 134-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.019
引用本文: 李锋, 陈振, 赵德中, 李文科. GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化[J]. 制造技术与机床, 2024, (3): 134-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.019
LI Feng, CHEN Zhen, ZHAO Dezhong, LI Wenke. Research on residual stress in milling GH4169 and parameters optimization[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 134-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.019
Citation: LI Feng, CHEN Zhen, ZHAO Dezhong, LI Wenke. Research on residual stress in milling GH4169 and parameters optimization[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (3): 134-139. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.019

GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.03.019
基金项目: 陕西省自然科学基础研究计划项目(2022JQ-503、2023-JC-YB-469)
详细信息
    作者简介:

    李锋,男,1982年生,副教授,研究方向为航空制造与维修。E-mail:469935243@qq.com

    通讯作者:

    李锋,男,1982年生,副教授,研究方向为航空制造与维修。E-mail:469935243@qq.com

  • 中图分类号: TG147

Research on residual stress in milling GH4169 and parameters optimization

  • 摘要: GH4169材料在航空、航天热端部件的制造中应用较多,为了改善GH4169材料的工件疲劳寿命、提高加工效率,文章设计了GH4169铣削工艺参数与工件表面残余应力之间的正交试验。通过试验,建立了铣削参数与铣削表面残余应力之间的经验公式,分析了铣削参数对铣削表面残余应力的影响规律。另外,应用遗传算法,以铣削表面残余应力、材料切除率的期望值为优化目标,对铣削参数进行了多目标优化,并对优化结果进行了试验验证。结果表明:切削速度对XY向残余应力的影响是最主要的,每齿进给量对于X向残余应力的影响次之,对于Y向残余应力的影响最小;切削深度对于X向残余应力的影响最小,对于Y向残余应力的影响次之;较小的切削速度和较大的每齿进给量有利于获得期望的表面残余应力,切削深度的变化对残余应力的影响较小;优化的铣削参数组合为:vc=26.64 m/min,ap=0.45 mm,fz=0.10 mm/z,ae=0.25 mm,可以降低GH4169材料表面残余拉应力,提高切削效率,为GH4169零件铣削参数的选取提供依据。

     

  • 图  1  试件及分区

    图  2  残余应力测试及铣削试验

    图  3  表面残余应力随切削参数的变化曲线

    图  4  遗传算法流程图

    图  5  铣削参数优化过程图

    表  1  试验方案及结果

    序号 切削
    速度vc/
    (m/min)
    切削
    深度
    ap /mm
    每齿
    进给量
    fz /(mm/z)
    表面残余应力/
    MPa
    σx σy σtotal
    1 10 0.35 0.04 173.75 −164.61 239.34
    2 10 0.40 0.06 140.81 −134.06 194.42
    3 10 0.45 0.08 133.59 −129.20 185.85
    4 10 0.50 0.10 163.48 −123.74 205.03
    5 25 0.35 0.06 236.76 −16.04 237.30
    6 25 0.40 0.04 307.59 −41.00 310.31
    7 25 0.45 0.10 144.12 −11.09 144.55
    8 25 0.50 0.08 245.03 30.67 246.94
    9 40 0.35 0.08 415.04 166.12 447.05
    10 40 0.40 0.10 368.96 154.80 400.12
    11 40 0.45 0.04 527.51 210.04 560.70
    12 40 0.50 0.06 440.85 157.94 468.29
    13 55 0.35 0.10 450.81 205.50 508.62
    14 55 0.40 0.08 476.75 213.27 535.23
    15 55 0.45 0.06 525.30 268.56 589.97
    16 55 0.50 0.04 687.36 302.72 751.07
    下载: 导出CSV

    表  2  σtotal回归方程方差分析表

    序号 自由度 平方和 均方 F统计量 显著性
    回归分析 3 0.565 0.188 15.222 十分显著
    残差 12 0.148 0.013
    总计 15 0.713
    下载: 导出CSV

    表  3  σx/σy的极差统计结果

    σx因素 铣削速度
    vc /(m/min)
    铣削深度
    ap /mm
    每齿进给量
    fz /(mm/z)
    σy因素 铣削速度
    vc /(m/min)
    铣削深度
    ap /mm
    每齿进给量
    fz /(mm/z)
    水平1 −130.40 57.74 81.04 水平1 −130.40 57.74 81.04
    水平2 −7.12 58.00 69.10 水平2 −7.12 58.00 69.10
    水平3 171.73 81.58 75.22 水平3 171.73 81.58 75.22
    水平4 262.51 99.40 71.37 水平4 262.51 99.40 71.37
    极差 392.92 41.66 9.67 极差 392.92 41.66 9.67
    下载: 导出CSV

    表  4  铣削参数优化结果

    残余应力
    约束值/
    MPa
    优化结果 材料切
    除率Q/
    (mm3/min)
    铣削
    速度vc/
    (m/min)
    主轴
    转速n/
    (r/min)
    铣削
    深度ap/
    mm
    每齿进
    给量fz/
    (mm/z)
    150 10.09 552.80 0.41 0.10 11.893
    280 26.64 1 081.26 0.45 0.10 31.478
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  • 录用日期:  2023-11-10
  • 修回日期:  2023-08-29

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