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1 基于 術(shù)對鉆削 金屬基復(fù)合材料 的研究 生林 譯 摘 要 :這是一篇關(guān)于切削要素 （切削速度和進(jìn)給量） 和切削時(shí)間 對鉆削 金屬基復(fù)合材料 影響的研究 論文 。一項(xiàng)基于 以 附加在工件 上 的 切削條件 進(jìn)行 控制加工的實(shí)驗(yàn)計(jì)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(guān)的切削速度，進(jìn)給量和切削時(shí)間三者之間的 關(guān) 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(guān)系。 最后，將通過做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來對預(yù)測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 和 上面提到的關(guān)系作 比較。 關(guān)鍵詞 :切削 ；金屬 基 復(fù)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(fù)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(dòng)件 和 內(nèi)燃機(jī)中的 各 種零部件的制造 。因?yàn)?它具備陶瓷類材料的高耐磨性 ， 所以 對 難進(jìn)行 切削加工 。這類強(qiáng)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(gè)持續(xù)的問題是 對 它們很難 進(jìn)行 切削加工，因?yàn)?高 硬度 和耐磨 特性或其它的堅(jiān)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(gè)特例，因?yàn)樗挠捕却蠹s是 這就是 行實(shí)驗(yàn)和分析數(shù)據(jù)組成，它用來獲得一系列有關(guān)給出的處理過程的信息。這些技術(shù)通過用 正交矩陣 來確定實(shí)驗(yàn) 安排 。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果 將通過 分析平均值和 方差 分析 的處理。 （簡稱 2. 實(shí)驗(yàn) 步驟 法以及材料 為了實(shí)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，對類型?0/混有 硅，鎂和體積比為 20%的 行熱加工試驗(yàn)（處理在溫度為 154。 C 保溫 五個(gè)小時(shí)）。 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(jī)床 （能持續(xù)加速至3000備 2驅(qū)動(dòng)功率。）帶有 鉆床（如 來在厚度為 15 的 件上鉆孔（直徑為 5. 實(shí)驗(yàn)中我們將使用一個(gè)帶有 適當(dāng)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(jìn)給力 以持續(xù)直觀地實(shí)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(jìn)給量 , f(mm/切削時(shí)間 , T(1 30 2 40 0 3 50 5 特定的 切削力 過關(guān)系式 B/(計(jì)算。其中 B—— 扭矩 ； f—— 進(jìn)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(xué)顯微鏡來測量切削刀具的磨損量()。 驗(yàn)（ 術(shù)）計(jì)劃 對于 術(shù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 的詳細(xì)細(xì)節(jié)使用以 上三個(gè)因素的三個(gè)等級。 在表 1中 指明了要研究的要素和 對應(yīng) 等級的分配。 我們所選擇的矩陣 是 313）， 見表 2 它有 三個(gè)等級 27 行 ， 13 列對應(yīng)相關(guān)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù) 。各要素以及它們之間的相互關(guān)系顯示在每一列中。 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃由 27 個(gè)子實(shí)驗(yàn)（ 矩陣行 ）組成，其中第一列與切削速度 V 相關(guān)，第二列與 進(jìn)給量相關(guān)，第五列與切削時(shí)間相關(guān)，其余與 各要素之間的相互關(guān)系 相關(guān)。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(shí)驗(yàn)重復(fù)做兩次，總計(jì) 54 個(gè)子實(shí)驗(yàn)進(jìn)而對結(jié)果來進(jìn)行 方差 分析。 表 2 27（ 313） 。 313） 試驗(yàn) 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(shí)驗(yàn) 的進(jìn)行目的在于尋求 切削速度 V，進(jìn)給量 f，切削時(shí)間 磨損量 定切削力 的表面粗糙度 4 數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計(jì) 處理分為兩個(gè) 部分 。第一 部分關(guān)注于 要素的影響 以及相互之間的關(guān)系 。第二 部分 允許我們獲得介于 切削要素 之間的 相互 關(guān)系。 然后， 結(jié)果將通過做驗(yàn)證性 試 驗(yàn)來獲得。 表 3 實(shí)驗(yàn) 切削速度 V (m/進(jìn)給量 f (mm/切削時(shí)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(jìn)給量和切削時(shí)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(gè) 表 3顯示了運(yùn)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(yàn) 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(xiàn)率。 表 5 特定切削力 方差分析的對象 差 試驗(yàn) 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(xiàn)率。 表 6 孔的表面粗糙度 的 方差分析的對象 差 試驗(yàn) 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(xiàn)率。 以上表 4定切削力 的表面粗糙度 各自 的 果。這個(gè)分析 從 表 4 中我們可以看出，切削時(shí)間（當(dāng) P=50%時(shí)）和進(jìn)給量（當(dāng) P=24%時(shí)）對刀具耐用度有著很大的影響，尤其切削時(shí)間這個(gè)因素影響更大。 切削速度 V/切削時(shí)間 T（ P=9%） ，進(jìn)給量 f/切削時(shí)間 T（ P=8%） ,切削速度 V/進(jìn)給量 f(P=2%)之間的相互關(guān)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(jìn)給量（當(dāng) P=63%時(shí)），切削速度（當(dāng) P=14%時(shí)）和切削時(shí)間（當(dāng) P=14%時(shí)）三者對特定切削力有著較大的影響，其中進(jìn)給量這個(gè)因素影響更為顯著。 切削速度 V/進(jìn)給量 f（ P=3%） 與切削速度 V/切削時(shí)間 T(P=2%)兩者之間的關(guān)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(jìn)給量因素（當(dāng) P=43%時(shí)），切削速度因素（當(dāng) P=41%時(shí)）和切削速度 /進(jìn)給 量 f（ 當(dāng) P=14%時(shí)） 兩者之間關(guān)系 對 孔的表面粗糙度 有著較大的影響， 尤其進(jìn)給和切削速度這兩個(gè)因素。 切削速度 V/切削時(shí)間 T 和進(jìn)給量 f/切削時(shí)間兩者關(guān)系以及切削時(shí)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(jì)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?yàn)檫@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(shí)間 T（ 滑移距離 ） 對刀具磨損量 在所有的操作中，增加刀具進(jìn)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(jìn)給量受到 鉆頭強(qiáng)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(dāng)加大刀具的進(jìn)給量 來提高表面粗糙度。 這樣我們可以通過增加進(jìn)給量 控制特定的切削力是鉆削的操作中另一個(gè)行之有效的方法。從 方程 式（ 1）中我們得出進(jìn)給量 給量 特定 切削力 小，反之亦然 。 關(guān)的計(jì)算公式 這些影響因素（切削速度 V，進(jìn)給量 f 和切削時(shí)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(guān)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(jìn)給量（單位 mm/ V— 切削速度 (單位 m/ T— 切削時(shí)間（單位 表 7 在鉆削驗(yàn)證性 試驗(yàn) 中的切削條件和切削用時(shí) 試 驗(yàn) 切削速度V(m/進(jìn)給量 f(mm/切削用時(shí) T(1c 35 2 2c 40 3c 45 表 8 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 中 驗(yàn)證 性 鉆削試驗(yàn)和 結(jié)果對照 試驗(yàn) 刀具 的磨損量特定切削力 ) 表面粗糙度 Ra(實(shí)驗(yàn) 關(guān)系式(2) 偏差率 (%) 實(shí)驗(yàn) 關(guān)系式(3) 偏差率 (%) 實(shí)驗(yàn) 關(guān)系式 (4) 偏差率 (%) 1c c c 驗(yàn)證性試驗(yàn) 表 7顯示了在鉆削驗(yàn)證性試驗(yàn)中的切削條件和切削用時(shí)。 表 8 所列出來的結(jié)果 是從運(yùn)用關(guān)系式（ 2） -(4)算出的預(yù)測數(shù)據(jù) b 同通過做實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)作對比得出的。 9 我們從上述相關(guān)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(jì)算出來的偏差率明顯偏高。 因此，關(guān)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(jìn)給量）和切削時(shí)間這 兩 者之間 存在合理的相似關(guān)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(shí)間 具的磨損量 50%）有著很大的影響，其后是刀具進(jìn)給量 24%）。 ·刀具進(jìn)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(shí)間 T（ 14%）。 ·刀具進(jìn)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(jìn)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(guān)結(jié)果是令人滿意的。 ·驗(yàn)證性試驗(yàn)表明 相關(guān)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 。