一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法技术

本发明专利技术所涉及的增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，首先，建立增材制造成型件切削后表面粗糙度模型方程：Ra＝C·v

A Control Method of Surface Roughness after Cutting for Adding Material Manufacturing Molding Parts

The method for controlling the surface roughness of the added material manufacturing forming part after cutting is described. Firstly, the model equation of the surface roughness of the added material manufacturing forming part after cutting is established: Ra=C.v.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法
本专利技术属于增材制造
，特别涉及一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法。
技术介绍
在目前机械领域范围内，例如核主泵叶轮作为核主泵供能的关键部件，要求叶轮表面具有很高的加工质量。由于其结构复杂，铣削加工难度大，成本高，一般可选择激光选区熔化(SLM)进行制造，SLM成型件力学性能接近锻造水平，但表面质量仍然达不到设计要求，因此有必要在SLM的基础上进行二次的铣削加工。国内外对工件铣削工艺研究已经相当成熟，其中以不锈钢平面立铣加工表面完整性作为研究目标，分析了铣削加工工艺中走刀轨迹、铣削参数以及相邻刀具路径之间重叠率对于工件加工表面完整性的影响，衡量指标为表面残余应力、表面加工硬化和表面粗糙度。目前对于SLM成型的研究成果主要在力学性能和成型工艺上，很多是探究了SLM的工艺参数、如激光功率、扫描速度、扫描间距等对成型件的表面粗糙度进行研究，但是目前对于SLM成型件的铣削加工工艺性能的研究还较少，大部分研究的是材料铣削中刀具进给速度、每齿进给量、切削深度对表面粗糙度的影响并进行表面粗糙度公式实验标定；也很少考虑到铣削路径与激光扫描路径的关系对成型面的影响。
技术实现思路
本专利技术就是针对现有技术的不足，提供了一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法。为了实现上述目的，本专利技术所设计的增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，其特征在于：步骤1：建立增材制造成型件切削后表面粗糙度模型方程：Ra＝C·vk·fl·apmθt(1)式(1)中：Ra为表面粗糙度值；C为由材料和加工条件决定的系数；v为铣削速度(m/min)；f为每齿进给量(mm/z)；ap为轴向铣削深度(mm)；θ为铣削路径与扫描路径的夹角(弧度)；k、l、m、t分别为各变量的影响因子；步骤2：计算所述模型方程：将n组增材制造成型件进行铣削实验，并利用实验参数对所述模型方程影响因子k、l、m、t进行标定和计算，得出所述模型方程；步骤3：利用所述模型方程计算待加工的成型件。进一步地，所述步骤2中铣削实验采用水平正交实验。进一步地，所述步骤2中的计算过程具体如下：将(1)变换为线性函数，即将式(1)指数对数化，结果为式(2)：lnRa＝lnC+klnv+llnf+mlnap+tlnθ(2)令y＝lnRa，a0＝lnC，a1＝k，a2＝l，a3＝m，a4＝t；x1＝lnv，x2＝lnf，x3＝lnap，x4＝lnθ。方程即可简化为式(3)：y＝a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4(3)线性方程共包含4个自变量，试验结果用y表示；为确定a1、a2、a3、a4的值，设计正交实验；xi1、xi2、xi3、xi4表示第i组实验的4个自变量，对应的实验结果为yi，其中i＝1,2,3,....n，εi为随机误差，则n组试验可建立如下多元回归方程(4)：式(4)可用矩阵可表示：Y＝Xa+ε(5)式(5)中，根据测量的具体数据，使用MATLAB中的regress函数可实现用各变量的数据得到回归方程系数的统计量，其中回归方程系数为：将最终获得的具体数据a0＝lnC、a1＝k、a2＝l、a3＝m、a4＝t来标定k、l、m、t的值，代入后可得到表面粗糙度的预测模型方程：Ra＝C·vk·fl·apmθt。进一步地，所述步骤2中将铣削后的n组成型件使用表面粗糙度探测仪随机探测3个点，求平均值得到Ra，从而对影响因子k、l、m、t进行标定。本专利技术的优点在于：本专利技术在原有的经典表面粗糙度的公式上面，把铣削路径与激光扫描路径的夹角作为表面粗糙度影响因素之一，引入到增材制造中，将铣削路径与激光扫描路径的夹角作为粗糙度的影响因素之一加入到公式中并进行实验标定。为之后的表面粗糙度影响因素判断提供依据，并且可以通过调节这些影响因素来提高SLM成型后铣削加工表面质量。附图说明图1是本专利技术铣削路径与激光扫描路径夹角θ示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述：本专利技术针对目前增材制造选择性激光熔化SLM成型后材料表面粗糙度未能达到要求，进行后续铣削加工后粗糙度的控制，提出了一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，具体过程如下：一种考虑切削路径夹角的选择性激光熔化成形件切削加工后表面粗糙度预测方法，其方法包括如下步骤：步骤1、建立增材制造成型件切削后表面粗糙度模型方程：为了使得模型更加精确，将激光扫描路径和铣削路径的夹角关系θ作为表面粗糙度影响因素之一，在经验模型Ra＝C·vk·fl·apm的基础上增加变量θ，并赋予其影响因子t，得到新改进模型如式(1)：Ra＝C·vk·fl·apmθt(1)式(1)中：Ra为表面粗糙度值；C为由材料和加工条件决定的系数；v为铣削速度(m/min)；f为每齿进给量(mm/z)；ap为轴向铣削深度(mm)；θ为铣削路径与扫描路径的夹角(弧度)；k、l、m、t分别为各变量的影响因子。步骤2、计算所述模型方程：使用SLM金属3D打印机进行n组零件的打印，将打印完成后的n组零件，采用多因素多水平正交试验，在铣床上进行铣削实验；设计实验参数铣削速度vi，i＝1,2,3,....n，每齿进给量fi，i＝1,2,3,....n，铣削深度api，i＝1,2,3,....n，铣削路径与扫描路径的夹角θi，i＝1,2,3,....n。将铣削后的n组零件使用表面粗糙度探测仪随机探测3个点,求平均值得到Ra,从而利用以上参数对影响因子k、l、m、t进行标定。为了使改进新型模型容易统计学分析，将其变换为线性函数，即将式(1)指数对数化，结果为式(2)：lnRa＝lnC+klnv+llnf+mlnap+tlnθ(2)令y＝lnRa，a0＝lnC，a1＝k，a2＝l，a3＝m，a4＝t；x1＝lnv，x2＝lnf，x3＝lnap，x4＝lnθ。方程即可简化为式(3)：y＝a0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4(3)线性方程共包含4个自变量，试验结果用y表示。为确定a1、a2、a3、a4的值，设计正交实验。xi1、xi2、xi3、xi4表示第i组实验的4个自变量，对应的实验结果为yi，其中i＝1,2,3,....n，εi为随机误差，则n组试验可建立如下多元回归方程(4)：式(4)可用矩阵可表示：Y＝Xa+ε(5)式(5)中，根据测量的具体数据，使用MATLAB中的regress函数可实现用各变量的数据得到回归方程系数的统计量，其中回归方程系数为：将最终获得的具体数据a0＝lnC、a1＝k、a2＝l、a3＝m、a4＝t来标定k、l、m、t的值，代入后可得到表面粗糙度的预测模型方程：Ra＝C·vk·fl·apmθt。步骤3、利用所述模型方程计算待加工的成型件。以下将针对16组成型件对本控制方法的模型方程建立和计算做进一步说明：使用SLM金属3D打印机进行16组零件的打印，将打印完成后的n组零件，采用多因素多水平正交试验，在铣床上进行铣削实验；设计实验参数铣削速度vi，i＝1,2,3,4，每齿进给量fi，i＝1,2,3,4，铣削深度api，i＝1,2,3,4，铣削路径与扫描路径的夹角θi，i＝1,2,3,4。具体参数如表格1所示。表格1实验参数设置将每组数据进行表格汇总，每组试验后进行3次测量，取平均值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，其特征在于：步骤1：建立增材制造成型件切削后表面粗糙度模型方程：Ra＝C·v

【技术特征摘要】
1.一种增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，其特征在于：步骤1：建立增材制造成型件切削后表面粗糙度模型方程：Ra＝C·vk·fl·apmθt(1)式(1)中：Ra为表面粗糙度值；C为由材料和加工条件决定的系数；v为铣削速度(m/min)；f为每齿进给量(mm/z)；ap为轴向铣削深度(mm)；θ为铣削路径与扫描路径的夹角(弧度)；k、l、m、t分别为各变量的影响因子；步骤2：计算所述模型方程：将n组增材制造成型件进行铣削实验，并利用实验参数对所述模型方程影响因子k、l、m、t进行标定和计算，得出所述模型方程；步骤3：利用所述模型方程计算待加工的成型件。2.根据权利要求1所述的增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，其特征在于：所述步骤2中铣削实验采用水平正交实验。3.根据权利要求1所述的增材制造成型件切削后表面粗糙度控制方法，其特征在于：所述步骤2中的计算过程具体如下：将(1)变换为线性函数，即将式(1)指数对数化，结果为式(2)：lnRa＝lnC+klnv+llnf+mlnap+tlnθ(2)令y＝lnRa，a0＝lnC，a1＝k，a2＝l，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昕悦，段现银，蒋国璋，陈曦，余胜，夏杭，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42