基于表面粗糙度和反射率多目标优化的6061铝合金超精密车削工艺研究.pdf
首先，对6061 铝合金材料表面进行单向超声振动滚压以提高工件表面质量。设计了四因素四水平的超精密车削正交试验，研究了切削工艺参数对6061 铝合金滚压件表面粗糙度及表面光学反射率的影响规律。采用灰色关联分析方法，将多个工艺目标参数优化问题转化为单目标的灰色关联度优化问题，通过超精密车削试验对优化结果进行验证。结果表明，主轴转速对表面粗糙度Ra和Sa的影响最显著，其次是刀尖半径和背吃刀量，进给速度的影响最小。各参数对近红外光波段反射率的影响程度由大到小依次为：背吃刀量、刀尖半径、进给速度、主轴转速。通过灰色关联分析获得优化工艺参数组合为：主轴转速3 000 r/min、进给速度10 mm/min、背吃刀量5 μm、刀尖半径0.5 mm，此时对应的表面粗糙度Ra 和Sa 分别为2.162 nm 和7.855 nm，可见光、近红外光、中红外光波段反射率分别为88.892%、88.893%、97.788%。
工件表面粗糙度取样半径检测示意图
表面粗糙度与表面反射率对照曲线
在正交试验数据的基础上，探究了工艺参数对6061 铝合金滚压件超精密车削加工表面粗糙度及表面反射率的影响规律，对6061 铝合金超精密车削进行多目标参数优化，结论如下：
1）由正交试验结果可知，表面粗糙度数值Ra、Sa 的变化趋势基本一致，VIS波段反射率受加工因素的影响变化幅度显著，NIR 波段反射率变化幅度较小，MIR 波段表面反射率在超精密车削正交试验中变动幅度小于另外2 个波段的。Sa 与可见光VIS波段反射率具有负相关联系。
2）超精密车削工艺参数按对6061 铝合金滚压件表面粗糙度Ra 和Sa 的影响程度由大到小的顺序依次为主轴转速、刀尖半径、背吃刀量、进给速度。
3）对于VIS 波段和MIR 波段，超精密车削工艺参数中对反射率影响最大的因素是主轴转速，刀尖半径和背吃刀量分别为第二和第三显著因素，进给速度对其影响最小；对于NIR 波段，各因素按对光学反射率影响程度由大到小的顺序依次为背吃刀量、刀尖半径、进给速度、主轴转速。
4）以综合表面粗糙度和表面光学反射率为目标优化的工艺参数为：主轴转速3 000 r/min，进给速度10 mm/min，背吃刀量5 μm，刀尖半径0.5 mm。此时对应的表面粗糙度Ra 和Sa 分别为2.162 nm 和7.855 nm，可见光、近红外光、中红外光波段反射率分别为88.892%、88.893%、97.788%。各因素按影响程度由大到小的顺序依次为主轴转速、刀尖半径、背吃刀量、进给速度。
5）通过优化结果能够有效地降低表面粗糙度、提升表面光学反射率，这对制造高水平金属反射镜具有十分重要的现实意义和研究价值。
王光余, 靳刚, 李占杰, 等. 基于表面粗糙度和反射率多目标优化的6061 铝合金超精密车削工艺研究[J]. 表面技术, 2024, 53(12): 193-206.
WANG Guangyu, JIN Gang, LI Zhanjie, et al. Ultra-precision Turning Process of 6061 Aluminum Alloy Based on Multi-objective Optimization of Surface Roughness and Reflectivity[J]. Surface Technology, 2024, 53(12): 193-206.
【扫码关注我们】
审核|汪 潇
编辑|邓李旸
