资源描述
1 基于 术对钻削 金属基复合材料 的研究 生林 译 摘 要 :这是一篇关于切削要素 （切削速度和进给量） 和切削时间 对钻削 金属基复合材料 影响的研究 论文 。一项基于 术， 以 附加在工件 上 的 切削条件 进行 控制加工的实验计划。 目的 在于 能够建立与刀具寿命估测 ，特定的切削力和 孔的表面粗糙度 有关的切削速度，进给量和切削时间三者之间的 关 系。 通过作多发性线性回归分析来获取 它 们相互之间的关系。 最后，将通过做验证性实验来对预测的实验结果 和 上面提到的关系作 比较。 关键词 :切削 ；金属 基 复合材料 ； 术； 方差 分析 1. 前言 与 那些常规的材料相比， 金属 基复合材料 （简称 是一类相对较新的 材料，它 具备 了 更轻的质量， 能够承载 更高的抵抗力 这样一些性质。 这类材料已被考虑用于汽车刹车 装置 中的转动件 和 内燃机中的 各 种零部件的制造 。因为 它具备陶瓷类材料的高耐磨性 ， 所以 对 难进行 切削加工 。这类强化性陶瓷材料主要是形状不规则或呈球形， 长如纤维短如须状或颗粒状的 4 对于 个持续的问题是 对 它们很难 进行 切削加工，因为 高 硬度 和耐磨 特性或其它的坚硬颗粒。 的颗粒硬度高于高硬度金属中的主要成分 至是绝大部分的切削刀具材料。但是 聚晶 金刚石 （ 是一个特例，因为它的硬度大约是 三到四倍。 这就是 到众多研究切削这些材料的学者力荐的原因。 术由以一定控制方式来获得数据的实验计划，执行实验和分析数据组成，它用来获得一系列有关给出的处理过程的信息。这些技术通过用 正交矩阵 来确定实验 安排 。实验结 果 将通过 分析平均值和 方差 分析 的处理。 （简称 2. 实验 步骤 法以及材料 为了实现 实验目的，对类型为 0/ 料（铝混有 硅，镁和体积比为 20%的 化）进行热加工试验（处理在温度为 154。 C 保温 五个小时）。 这些 粒平均 直径 大约在 20右 加工中所用的是以 控制系统的钻削机床 （能持续加速至3000备 2驱动功率。）带有 钻床（如 来在厚度为 15 的 件上钻孔（直径为 5. 实验中我们将使用一个带有 适当过载放大器的 电测力器。 一 些获得数据的不同程序 在 款软件上已经得以形成和使用 。 我们根据扭矩 以持续直观地实现绘图和记录的同步化 和可视化 。 表 1 各 影响要素 等级的分配 等级 切削速度 , V(m/进给量 , f(mm/切削时间 , T(1 30 2 40 0 3 50 5 特定的 切削力 过关系式 B/(计算。其中 B 扭矩 ； f 进给量； d 钻头 直径。 我们通过单位为 1大倍数为 30 倍的光学显微镜来测量切削刀具的磨损量(刀刃半径的 1/4 处测量 )。 验（ 术）计划 对于 术实验计划 的详细细节使用以 上三个因素的三个等级。 在表 1中 指明了要研究的要素和 对应 等级的分配。 我们所选择的矩阵 是 313）， 见表 2 它有 三个等级 27行 ， 13列对应相关试验中的数据 。各要素以及它们之间的相互关系显示在每一列中。 实验计划由 27个子实验（ 矩阵行 ）组成，其中第一列与切削速度 V 相关，第二列与 进给量相关，第五列与切削时间相关，其余与 各要素之间的相互关系 相关。需要研究的结果是 刀具的磨损量 定的切削力 孔的表面粗糙度 些实验重复做两次，总计 54 个子实验进而对结果来进行 方差 分析。 表 2 正交矩阵 313） 。 313） 试验 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 实验 的进行目的在于寻求 切削速度 V，进给量 f，切削时间 磨损量 定切削力 及 孔的表面粗糙度 4 数据的 统计 处理分为两个 部分 。第一 部分关注于 各要素的影响 以及相互之间的关系 。第二 部分 允许我们获得介于 切削要素 之间的 相互 关系。 然后， 结果将通过做验证性 试 验来获得。 表 3 正交矩阵 实验 切削速度 V (m/进给量 f (mm/切削时间T(刀具磨损量特定切削力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 析和各 因素的影响 为了能够分析切削速度，进给量和切削时间对结果安全度的影响，我们 对刀具 的磨损量 定切削力 孔的表面粗糙度 系列数据 做了 一个 析 显示了运用正交矩阵后的结果。 表 4 刀具 的磨损量 析 表 方差分析的对象 差 试验 F F,5% ) A(V,m/ B(f,mm/ C(T, 偏差率 5 总体 3 其中 a 自由度。 b 百分比贡献率。 表 5 特定切削力 方差分析的对象 差 试验 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 体 105029561 53 中 a 自由度。 b 百分比贡献率。 表 6 孔的表面粗糙度 的 方差分析的对象 差 试验 F F,5% ) A(V,m/ (f,mm/ (T, B C C 差率 5 体 3 100 其中 a 自由度。 b 百分比贡献率。 以上表 4示了刀具耐用度 定切削力 孔的表面粗糙度 各自 的 析 结果。这个分析 从 表 4中我们可以看出，切削时间（当 P=50%时）和进给量（当 P=24%时）对刀具耐用度有着很大的影响，尤其切削时间这个因素影响更大。 切削速度 V/切削时间 T（ P=9%） ，进给量 f/切削时间 T（ P=8%） ,切削速度 V/进给量 f(P=2%)之间的相互关系 7 和切削速度 V（ P=7%）这一要素对刀具磨损量 的意义百分比较低。 从表 5中我们可以看出 ，进给量（当 P=63%时），切削速度（当 P=14%时）和切削时间（当 P=14%时）三者对特定切削力有着较大的影响，其中进给量这个因素影响更为显著。 切削速度 V/进给量 f（ P=3%） 与切削速度 V/切削时间 T(P=2%)两者之间的关系对特定的切削力有着一定的影响意义。 同样从表 6 中我们可以看出，进给量因素（当 P=43%时），切削速度因素（当 P=41%时）和切削速度 /进给 量 f（ 当 P=14%时） 两者之间关系 对 孔的表面粗糙度 有着较大的影响， 尤其进给和切削速度这两个因素。 切削速度 V/切削时间 T 和进给量 f/切削时间两者关系以及切削时间 获得没有一定的代表意义。 从刀具 的磨损量 析 表中，可以看出 计算出来的 偏差率 大约 对于特定切削力 差率 大约 为 而对孔的表面粗糙度 偏差率则为 我们已经知道在 削过程中起支配作用的磨损类型 ，是位于钻头切削刃侧面的磨粒磨损。因为这种磨损类型属于纯磨粒磨损 （ 表现为沿平行沟槽 向碎裂蔓延方向 ） ，所以切削时间 T（ 滑移距离 ） 对刀具磨损量 加刀具进给量的好处在于它能够提高刀具的使用寿命和加快材料的切除率。尽管如此，刀具进给量受到 钻头强度和表面粗糙度要求的限制。孔表面粗糙度的测量表明 可以通过适当加大刀具的进给量 来提高表面粗糙度。 这样我们可以通过增加进给量 控制特定的切削力是钻削的操作中另一个行之有效的方法。从 方程 式（ 1）中我们得出进给量 s 值有很大的影响。进给量 f 值越大 ，特定 切削力 越小，反之亦然 。 关的计算公式 这些影响因素（切削速度 V，进给量 f 和切削时间 T）与所测的刀具 磨损量 ，特定的切削力以及孔的表面粗糙度三者之间关系是通过 作多发性线性回归这一方法 获得 的。 所使用的 方程 式如下： 1010R= (2) 8 R= (3) 11 1010R= (4) 其中 刀具的磨损量 （单位 特定切削力（单位 N/ 表面粗糙度（单位 f 刀具进给量（单位 mm/ V 切削速度 (单位 m/ T 切削时间（单位 表 7 在钻削验证性 试验 中的切削条件和切削用时 试 验 切削速度V(m/进给量 f(mm/切削用时 T(1c 35 2 2c 40 3c 45 表 8 实验计划 中 验证 性 钻削试验和 结果对照 试验 刀具 的磨损量特定切削力 ) 表面粗糙度 Ra(实验 关系式(2) 偏差率 (%) 实验 关系式(3) 偏差率 (%) 实验 关系式 (4) 偏差率 (%) 1c c c 验证性试验 表 7显示了在钻削验证性试验中的切削条件和切削用时。 表 8 所列出来的结果 是从运用关系式（ 2） -(4)算出的预测数据 b 同通过做实验得出的数据作对比得出的。 9 我们从上述相关表中的分析可以得出：对于刀 具耐用度 大值 最小值 和孔的表面粗糙度 大值 最小值 两者比特定的切削力 大值 最小值 计算出来的偏差率明显偏高。 因此，关系式（ 2）-（ 4） 中涉及的 刀具 磨损量 ，特定的切削力， 表面粗糙度与 切削 要素 （切削速度和刀具进给量）和切削时间这 两 者之间 存在合理的相似关系 。 4 结论 在工作的最后， 根据以上使用的方法对钻削 料我们得出一些详细的结论 。 切削时间 T 这一因素对 刀具的磨损量 50%）有着很大的影响，其后是刀具进给量 24%）。 刀具进给量 f 这 一切削要 素 作为对特定的切削力 63%）有着较大的影响，其后分别是切削速度 V（ 14%）和切削时间 T（ 14%）。 刀具进给量 a（ 43%）有着相对较大的影响，其后为切削速度 V（ 41%）。 切削速度 V/进给量 f（ 14%），对孔的表面粗糙度影响最大。 析 表中各要素的偏差率（最大值为 最小值为 和 通过作多发性线性回归得出的结果（最大值为 小值为 明 :获得的相关结果是令人满意的。 验证性试验表明 相关的 刀具耐 用度的偏差率（最大值为 最小值为 和孔表面粗糙度的偏差值（最大值为 最小值为 要高于特定切削力的偏差值（最大值为 最小值为 。
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