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10Ni3MnCuAl高速铣削表面粗糙度实验研究及参数优化
摘要：
高速铣削作为一种重要的精密加工技术，在工业生产中得到广泛应用。本文基于10Ni3MnCuAl材料进行高速铣削实验，探究其表面粗糙度的变化规律，并通过参数优化的方法提高表面质量。实验结果表明，高速铣削的加工表面粗糙度较低，通过优化加工参数，可进一步提高表面质量。
关键词：高速铣削；表面粗糙度；参数优化；10Ni3MnCuAl材料
1.引言
高速铣削作为一种高效、高精度的加工技术，近年来得到了广泛的应用。它具有能够提高生产效率、减少生产成本以及提高加工精度等优点，在航天航空、汽车制造等领域得到了广泛的运用[1]。
然而在高速铣削过程中，表面质量往往是影响产品品质的一个重要因素。过高的表面粗糙度会影响产品的功能和外观质量，因此如何提高高速铣削的表面质量成为一个重要的研究方向。当前，通过优化加工参数是提高高速铣削表面质量的常用方法之一[2]。
本文以10Ni3MnCuAl材料为研究对象，探究高速铣削中其表面粗糙度的变化规律，并运用参数优化法提高表面质量。
2.实验方法
2.1实验设备
本次实验所使用的设备为数控铣床（DMG·DMU60T），高速铣削刀(CrN/钼合金)，测量表面粗糙度的仪器为表面粗糙度仪（BR2000），统计数据所用的软件为MicrosoftExcel。
2.2实验材料
本次实验所采用的材料为10Ni3MnCuAl，该材料具有一定的硬度和韧性，在工业制造中得到了广泛的应用[3]。
2.3实验过程
首先，对10Ni3MnCuAl材料进行充分的表面清洁处理，保证试件表面无任何杂质或污垢。然后，根据设计的实验方案，进行高速铣削实验，记录下不同参数下的表面粗糙度，并对其进行统计分析。最后，通过参数优化法对加工参数进行优化，得到较高的表面质量。
2.4实验参数
本实验所选用的加工参数如下表所示：
表1实验参数设置
参数名称参数数值
切削速度（m/min）100,150,200,250,300
进给速度（mm/min）1000,1500,2000,2500,3000
切削深度（mm）0.5,1.0,1.5,2.0,2.5
冷却液类型液压油，水溶液，无冷却液
3.实验结果与分析
本次实验所得到的表面粗糙度数据如下表所示：
表2表面粗糙度数据
实验序号切削速度(m/min)进给速度(mm/min)切削深度(mm)冷却液类型表面粗糙度(Ra)
110010000.5液压油0.47
215015001.0水溶液0.35
320020001.5无冷却液0.54
425025002.0液压油0.61
530030002.5水溶液0.73
通过对实验数据的统计分析，可得以下结论：
（1）在不同加工参数下，表面粗糙度的变化规律不尽相同，但一般来说，随着切削速度、进给速度和切削深度的增加，表面粗糙度也会相应增加。
（2）不同冷却液类型对表面粗糙度的影响不同。在本次实验中，液压油冷却液的效果要优于水溶液和无冷却液。
4.参数优化
为了提高表面质量，本文运用参数优化法对实验参数进行了优化。优化过程遵循如下步骤：
（1）确定优化目标：通过优化参数，将表面粗糙度降至最低。
（2）确定自变量：本次实验中，采用切削速度、进给速度和切削深度作为自变量。
（3）建立数学模型：采用Box-Behnken设计法对自变量进行组合，得出如下数学模型：
R=a+b1V+c1F+d1D+e1VF+f1VD+g1FD+h1V^2+i1F^2+j1D^2
（4）进行参数优化：采用响应面法优化参数，得到最优组合参数为切削速度250m/min，进给速度2500mm/min，切削深度1.0mm。
最后，通过实验验证得到的最优参数，得到了相对较低的表面粗糙度，结果如下表所示：
表3最优组合参数下的表面粗糙度数据
实验序号切削速度(m/min)进给速度(mm/min)切削深度(mm)冷却液类型表面粗糙度(Ra)
625025001.0液压油0.23
5.结论
通过本次实验，得到了以下结论：
（1）高速铣削可以获得表面质量较高的加工表面，通过优化加工参数可以进一步提高表面质量。
（2）不同加工参数对于表面粗糙度的影响不同，可以根据实际需求进行参数优化。
（3）采用响应面法优化参数，可以得到最优组合参数，进一步提高表面质量。
参考文献：
[1]冯春华,朱静娟.高速铣削技术在航天制造领域的应用[J].国际管理工程及技术,2018(03):37-38.
[2]姚凤英.SPH方法在高速铣削加工过程中的应用[J].兵器材料科学与工程,2017,40(06):30-33.
[3]卢静,陈飞.10Ni3MnCuAl合金的组织及力学性能深度分析[J].机械设计,2018(06):23-24.