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1 基于 術對鉆削 金屬基復合材料 的研究 生林 譯 摘 要 :這是一篇關于切削要素 （切削速度和進給量） 和切削時間 對鉆削 金屬基復合材料 影響的研究 論文 。一項基于 以 附加在工件 上 的 切削條件 進行 控制加工的實驗計劃。 目的 在于 能夠建立與刀具壽命估測 ，特定的切削力和 孔的表面粗糙度 有關的切削速度，進給量和切削時間三者之間的 關 系。 通過作多發(fā)性線性回歸分析來獲取 它 們相互之間的關系。 最后，將通過做驗證性實驗來對預測的實驗結(jié)果 和 上面提到的關系作 比較。 關鍵詞 :切削 ；金屬 基 復合材料 ； 方差 分析 1. 前言 與 那些常規(guī)的材料相比， 金屬 基復合材料 （簡稱 是一類相對較新的 材料，它 具備 了 更輕的質(zhì)量， 能夠承載 更高的抵抗力 這樣一些性質(zhì)。 這類材料已被考慮用于汽車剎車 裝置 中的轉(zhuǎn)動件 和 內(nèi)燃機中的 各 種零部件的制造 。因為 它具備陶瓷類材料的高耐磨性 ， 所以 對 難進行 切削加工 。這類強化性陶瓷材料主要是形狀不規(guī)則或呈球形， 長如纖維短如須狀或顆粒狀的 4 對于 個持續(xù)的問題是 對 它們很難 進行 切削加工，因為 高 硬度 和耐磨 特性或其它的堅硬顆粒。 C,甚至是絕大部分的切削刀具材料。但是 聚晶 金剛石 （ 是一個特例，因為它的硬度大約是 這就是 行實驗和分析數(shù)據(jù)組成，它用來獲得一系列有關給出的處理過程的信息。這些技術通過用 正交矩陣 來確定實驗 安排 。實驗結(jié) 果 將通過 分析平均值和 方差 分析 的處理。 （簡稱 2. 實驗 步驟 法以及材料 為了實現(xiàn) 實驗目的，對類型為 0/混有 硅，鎂和體積比為 20%的 行熱加工試驗（處理在溫度為 154。 C 保溫 五個小時）。 這些 粒平均 直徑 大約在 20右 加工中所用的是以 控制系統(tǒng)的鉆削機床 （能持續(xù)加速至3000備 2驅(qū)動功率。）帶有 鉆床（如 來在厚度為 15 的 件上鉆孔（直徑為 5. 實驗中我們將使用一個帶有 適當過載放大器的 一 些獲得數(shù)據(jù)的不同程序 在 款軟件上已經(jīng)得以形成和使用 。 我們根據(jù)扭矩 B 和進給力 以持續(xù)直觀地實現(xiàn)繪圖和記錄的同步化 和可視化 。 表 1 各 影響要素 等級的分配 等級 切削速度 , V(m/進給量 , f(mm/切削時間 , T(1 30 2 40 0 3 50 5 特定的 切削力 過關系式 B/(計算。其中 B—— 扭矩 ； f—— 進給量； d—— 鉆頭 直徑。 我們通過單位為 1大倍數(shù)為 30 倍的光學顯微鏡來測量切削刀具的磨損量()。 驗（ 術）計劃 對于 術實驗計劃 的詳細細節(jié)使用以 上三個因素的三個等級。 在表 1中 指明了要研究的要素和 對應 等級的分配。 我們所選擇的矩陣 是 313）， 見表 2 它有 三個等級 27 行 ， 13 列對應相關試驗中的數(shù)據(jù) 。各要素以及它們之間的相互關系顯示在每一列中。 實驗計劃由 27 個子實驗（ 矩陣行 ）組成，其中第一列與切削速度 V 相關，第二列與 進給量相關，第五列與切削時間相關，其余與 各要素之間的相互關系 相關。需要研究的結(jié)果是 刀具的磨損量 定的切削力 的表面粗糙度 些實驗重復做兩次，總計 54 個子實驗進而對結(jié)果來進行 方差 分析。 表 2 27（ 313） 。 313） 試驗 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 5 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1 6 1 2 2 2 3 3 3 1 1 1 2 2 2 7 1 3 3 3 1 1 1 3 3 3 2 2 2 8 1 3 3 3 2 2 2 1 1 1 3 3 3 9 1 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 10 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 11 2 1 2 3 2 3 1 2 3 1 2 3 1 12 2 1 2 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 13 2 2 3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 14 2 2 3 1 2 3 1 3 1 2 1 2 3 15 2 2 3 1 3 1 2 1 2 3 2 3 1 16 2 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1 17 2 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 18 2 3 1 2 3 1 2 2 3 1 1 2 3 19 3 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 20 3 1 3 2 2 1 3 2 1 3 2 1 3 21 3 1 3 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 22 3 2 1 3 1 3 2 2 1 3 3 2 1 23 3 2 1 3 2 1 3 3 2 1 1 3 2 24 3 2 1 3 3 2 1 1 3 2 2 1 3 25 3 3 2 1 1 3 2 3 2 1 2 1 3 26 3 3 2 1 2 1 3 1 3 2 3 2 1 27 3 3 2 1 3 2 1 2 1 3 1 3 2 實驗 的進行目的在于尋求 切削速度 V，進給量 f，切削時間 磨損量 定切削力 的表面粗糙度 4 數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計 處理分為兩個 部分 。第一 部分關注于 要素的影響 以及相互之間的關系 。第二 部分 允許我們獲得介于 切削要素 之間的 相互 關系。 然后， 結(jié)果將通過做驗證性 試 驗來獲得。 表 3 實驗 切削速度 V (m/進給量 f (mm/切削時間T(刀具磨損量特定切削力N/表面粗糙度Ra(1 30 357 30 0 950 30 5 545 30 001 30 0 999 30 5 500 30 066 30 0 264 30 5 094 0 40 043 1 40 0 807 2 40 5 388 3 40 784 4 40 0 904 5 40 5 712 6 40 917 7 50 0 105 8 50 5 870 9 50 300 0 50 0 712 1 50 5 100 5 22 50 272 3 50 0 495 4 50 5 415 5 50 564 6 50 0 718 7 50 5 343 490 素的影響 為了能夠分析切削速度，進給量和切削時間對結(jié)果安全度的影響，我們 對刀具 的磨損量 定切削力 的表面粗糙度 了 一個 表 3顯示了運用正交矩陣后的結(jié)果。 表 4 刀具 的磨損量 方差分析的對象 差 試驗 F F,5% ) A(V,m/ B(f,mm/ C(T, 偏差率 5 總體 3 其中 a—— 自由度。 b—— 百分比貢獻率。 表 5 特定切削力 方差分析的對象 差 試驗 F F,5% ) 6 A(V,m/14597651 2 7298826 192 (f,mm/65985956 2 32992978 867 (T,15216159 2 7608080 200 B 3594312 4 898578 24 C 2257671 4 564418 15 C 2045979 4 511495 13 差率 133183335 35 38052 體 105029561 53 > 中 a—— 自由度。 b—— 百分比貢獻率。 表 6 孔的表面粗糙度 的 方差分析的對象 差 試驗 F F,5% ) A(V,m/ (f,mm/ (T, B C C 差率 5 體 3 100 其中 a—— 自由度。 b—— 百分比貢獻率。 以上表 4定切削力 的表面粗糙度 各自 的 果。這個分析 從 表 4 中我們可以看出，切削時間（當 P=50%時）和進給量（當 P=24%時）對刀具耐用度有著很大的影響，尤其切削時間這個因素影響更大。 切削速度 V/切削時間 T（ P=9%） ，進給量 f/切削時間 T（ P=8%） ,切削速度 V/進給量 f(P=2%)之間的相互關系 7 和切削速度 V（ P=7%）這一要素對刀具磨損量 的意義百分比較低。 從表 5中我們可以看出 ，進給量（當 P=63%時），切削速度（當 P=14%時）和切削時間（當 P=14%時）三者對特定切削力有著較大的影響，其中進給量這個因素影響更為顯著。 切削速度 V/進給量 f（ P=3%） 與切削速度 V/切削時間 T(P=2%)兩者之間的關系對特定的切削力有著一定的影響意義。 同樣從表 6中我們可以看出，進給量因素（當 P=43%時），切削速度因素（當 P=41%時）和切削速度 /進給 量 f（ 當 P=14%時） 兩者之間關系 對 孔的表面粗糙度 有著較大的影響， 尤其進給和切削速度這兩個因素。 切削速度 V/切削時間 T 和進給量 f/切削時間兩者關系以及切削時間 T 這一要素對孔表面粗糙度 的獲得沒有一定的代表意義。 從刀具 的磨損量 析 表中，可以看出 計算出來的 偏差率 大約 對于特定切削力 差率 大約 為 而對孔的表面粗糙度 偏差率則為 我們已經(jīng)知道在 削過程中起支配作用的磨損類型 ，是位于鉆頭切削刃側(cè)面的磨粒磨損。因為這種磨損類型屬于純磨粒磨損 （ 表現(xiàn)為沿平行溝槽 向碎裂蔓延方向 ） ，所以切削時間 T（ 滑移距離 ） 對刀具磨損量 在所有的操作中，增加刀具進給量的好處在于它能夠提高刀具的使用壽命和加快材料的切除率。盡管如此，刀具進給量受到 鉆頭強度和表面粗糙度要求的限制?？妆砻娲植诙鹊臏y量表明 可以通過適當加大刀具的進給量 來提高表面粗糙度。 這樣我們可以通過增加進給量 控制特定的切削力是鉆削的操作中另一個行之有效的方法。從 方程 式（ 1）中我們得出進給量 給量 特定 切削力 小，反之亦然 。 關的計算公式 這些影響因素（切削速度 V，進給量 f 和切削時間 T）與所測的刀具 磨損量 ，特定的切削力以及孔的表面粗糙度三者之間關系是通過 作多發(fā)性線性回歸這一方法 獲得 的。 所使用的 方程 式如下： 1010R= (2) 8 R= (3) 11× 1010R= (4) 其中 刀具的磨損量 （單位 特定切削力（單位 N/ 表面粗糙度（單位 f— 刀具進給量（單位 mm/ V— 切削速度 (單位 m/ T— 切削時間（單位 表 7 在鉆削驗證性 試驗 中的切削條件和切削用時 試 驗 切削速度V(m/進給量 f(mm/切削用時 T(1c 35 2 2c 40 3c 45 表 8 實驗計劃 中 驗證 性 鉆削試驗和 結(jié)果對照 試驗 刀具 的磨損量特定切削力 ) 表面粗糙度 Ra(實驗 關系式(2) 偏差率 (%) 實驗 關系式(3) 偏差率 (%) 實驗 關系式 (4) 偏差率 (%) 1c c c 驗證性試驗 表 7顯示了在鉆削驗證性試驗中的切削條件和切削用時。 表 8 所列出來的結(jié)果 是從運用關系式（ 2） -(4)算出的預測數(shù)據(jù) b 同通過做實驗得出的數(shù)據(jù)作對比得出的。 9 我們從上述相關表中的分析可以得出：對于刀 具耐用度 大值 最小值 和孔的表面粗糙度 大值 最小值 兩者比特定的切削力 大值 最小值 計算出來的偏差率明顯偏高。 因此，關系式（ 2）-（ 4） 中涉及的 刀具 磨損量 ，特定的切削力， 表面粗糙度與 切削 要素 （切削速度和刀具進給量）和切削時間這 兩 者之間 存在合理的相似關系 。 4 結(jié)論 在工作的最后， 根據(jù)以上使用的方法對鉆削 · 切削時間 具的磨損量 50%）有著很大的影響，其后是刀具進給量 24%）。 ·刀具進給量 f 這 一切削要 素 作為對特定的切削力 63%）有著較大的影響，其后分別是切削速度 V（ 14%）和切削時間 T（ 14%）。 ·刀具進給量 f 對表面粗糙度 43%）有著相對較大的影響，其后為切削速度 V（ 41%）。 · 切削速度 V/進給量 f（ 14%），對孔的表面粗糙度影響最大。 · 中各要素的偏差率（最大值為 最小值為 和 通過作多發(fā)性線性回歸得出的結(jié)果（最大值為 小值為 明 :獲得的相關結(jié)果是令人滿意的。 ·驗證性試驗表明 相關的 刀具耐 用度的偏差率（最大值為 最小值為 和孔表面粗糙度的偏差值（最大值為 最小值為 要高于特定切削力的偏差值（最大值為 最小值為 。