石塑复合材料螺旋铣削性能的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着世界木材资源的紧缺，以塑代木成为了一种新兴趋势。pvc作为一种性价比很高的材料被广泛用于复合材料的研发。石塑复合材料就是其中非常新颖的高科技材料之一，被广泛应用于地板等表面装饰建材的生产。石塑地板（pvc地板）以精制的大理石粉和pvc树脂为主要原料，加入增塑剂、热稳定剂等加工助剂，经复杂的工序热压而成，通常会添加一层玻璃纤维网格布作为平衡层来保证尺寸稳定性。具有美观、环保、阻燃、耐磨、防滑、防水等一系列优点，现已在国内外装饰工程中大量采用。然而石塑材料是一种难加工材料，由于聚氯乙烯和大理石粉（主要成分为碳酸钙）在物理、力学、机械加工性能等方面的不同，导致传统的切削工艺在面对它时遇到了困难。例如石塑材料中pvc树脂热稳定性很差，在高于75℃时即发生软化，在140℃时开始分解，这就对切削过程中切削热的控制提出了的要求。碳酸钙硬度高，脆性差；玻璃纤维网格布硬度高, 抗拉性能好，导致切削过程中加工质量难保证、刀具磨损快，易发生崩刃等非正常磨损。

而螺旋铣削作为一种新的孔加工技术，加工时刀具自转并绕孔中心轴线公转，同时刀具沿轴向进给，即刀具中心的运动轨迹是一条螺旋线。这种偏心加工方式改善了刀具的散热和排屑条件，大大降低了加工过程中的切削热。由于螺旋铣削属于断续间歇的切削，切削力相对于传统的钻削而言大大降低，有利于提高孔的加工质量和延长刀具的使用寿命，在加工复合材料时能连续获得具有较高加工质量、形状精度和表面粗糙度的一系列一致性较好的孔，入口和出口处的毛刺、分层等缺陷也能得到有效控制。

因此将螺旋铣削技术应用在石塑复合材料的加工中是非常有意义的。但目前为止，国内外对于石塑复合材料螺旋铣削性能的研究都鲜有报道。本研究的目的就是通过对石塑复合材料进行螺旋铣削试验，分析螺旋铣削的切削参数（自转速度v、螺旋转速u、螺距k、偏移量e）对材料的切屑变形、切削热、表面粗糙度、切削力的影响，找出其中的变化规律，从而优化切削参数，改善切削质量。为合理制定金刚石刀具切削参数提供理论依据，充实复合材料的切削原理，提高复合材料的切削研究水平。

2. 国内外研究现状分析

目前为止，国内外对复合材料切削的研究有较为系统的理论支持，在切削热、切屑力、表面质量等方面均能找到大量的研究内容。而对于石塑材料的切削研究，目前只有王洁进行过单因素的石塑材料切削试验，考察了传统切削参数对切削力、切削热、表面质量及刀具磨损的影响。对于螺旋铣削这种复杂切削的研究尚不明确。以下列出了目前有关材料切削原理、螺旋铣削技术及金刚石刀具的研究现状。

（1）材料切削原理

1.切削力的研究

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

本研究通过对石塑复合材料进行螺旋铣削试验，分析螺旋铣削的切削参数（自转速度V、螺旋转速u、螺距k、偏移量e）对材料的切屑变形、切削热、表面粗糙度、切削力的影响。

本试验的主要器材有：CNC木工铣床、金刚石涂层铣刀、高速摄像仪、红外热成像仪、测力仪与显微镜等。主要切削材料为5mm厚的多层复合型PVC锁扣地板。

对于同一把刀具，由于螺旋铣削工艺涉及的加工参数有自转速度、螺旋转速、螺距、偏移量四个之多，因此在研究这些参数时采用一种更为合理的试验方式正交试验。

本试验的因素为所要研究的四个螺旋铣削的加工参数：自转速度V、螺旋转速u、螺距k、偏移量e.由于本试验是在数控机床上编制程序来实现螺旋铣削操作、而螺距k和偏移量e对程序编制的难易程度有较大影响，因此在选择水平时，自转速度与螺旋转速这两个因素采用4水平，螺距和偏移量这两个因素采用2水平，列表如下：

因素水平表

在设计正交试验时不考虑交互作用，列表如下：

正交试验设计

本试验的研究对象有切屑变形、切削热、表面粗糙度、切削力。针对这4项属性，分别进行上述的正交试验，再采用高速摄像仪、红外热成像仪、测力仪与显微镜等手段，对试验数据进行采集，并使用方差分析的方法对数据进行分析，希望找出各参数对研究对象的影响规律。

计划安排：2019年2月底~3月初进行材料的准备，熟悉数控机床的编程

2019年3月初~4月初进行不同参数的螺旋铣削试验

2019年4月初~4月中旬进行试验数据的汇总分析

2019年4月中旬~5月底进行论文的撰写

2019年6月初~6月中旬完善并提交论文定稿

4. 研究创新点

本研究的创新点如下：

1.选用石塑复合材料作为切削对象，选材较新颖。

2.针对螺旋铣削的切削参数设计多因素多水平的正交试验，研究自转速度v、螺旋转速u、螺距k、偏移量e对石塑复合材料的切屑变形、切削热、表面粗糙度、切削力的影响规律。