摘要：為了優(yōu)化高溫合金GH4169插銑加工過程中的切削參數(shù)，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行高溫合金GH4169的銑削試驗(yàn)?；谠囼?yàn)法建立了切削力與切削參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式，分析了各切削參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律。運(yùn)用方差分析法檢驗(yàn)了經(jīng)驗(yàn)公式的顯著性。結(jié)果表明：F，、F，、F，都隨著切削速度V.、每齒進(jìn)給量f，、徑向切深a，的增大而增大；三個(gè)方向的切削力受徑向切深a，的影響最大，其次是切削速度V..每齒進(jìn)給量f，的影響最小，且Z方向切削力F，大于X、Y方向切削力F，、F，。

1 引言

GH4169屬于典型的難加工材料，加工過程存在切除率大、耗時(shí)長、成本高等問題。插銑能夠在Z軸方向快速銑削大量金屬，又稱Z軸銑削法。插銑加工徑向力小、刀具懸伸量大、加工效率高，特別適用于型腔及難加工材料的粗加工或者半精加工。因此，使用插銑法來加工高溫合金類難加工材料，能夠顯著提高加工效率。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)插銑進(jìn)行了大量研究， RauchM.[a]將插銑法用于型腔銑削，對(duì)該方法在鋁合金加工中的潛力進(jìn)行了評(píng)估，并與傳統(tǒng)的加工方法在切削效率、加工質(zhì)量和刀具動(dòng)態(tài)性能等方面進(jìn)行比較。Al tintas等研究了插銑加工的顫振穩(wěn)定性， 介紹了插銑加工的頻域模型和顫振穩(wěn)定性預(yù)測理論，并建立了再生切屑厚度模型。唐進(jìn)元等提出采用插銑加工工藝的面齒輪加工方法，根據(jù)面齒輪插齒加工原理及齒輪嚙合原理，提出多線包絡(luò)加工面齒輪齒面的插銑制造方法。采用CO，低溫微量潤滑冷卻方式進(jìn)行GH4169插銑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CO，低溫微量潤滑冷卻與常規(guī)乳化液冷卻條件相比，大幅降低了插銑徑向切削力和軸向切削力。本文通過設(shè)計(jì)鎳基高溫合金CH4169的插銑試驗(yàn)，分析了插銑參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律，為高溫合金GH4169的粗加工插銑參數(shù)選取提供依據(jù)。

2 GH4169插銑試驗(yàn)

試驗(yàn)條件

2.1

試驗(yàn)選用喬福機(jī)械VMC 850三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床， 最大轉(zhuǎn)速8000r/min， 功率22kW； 試驗(yàn)刀具選用巾12的四齒硬質(zhì)合金銑刀，牌號(hào)K40；試驗(yàn)材料選用GH 4169長方體， 幾何尺寸150mmx90mmx30mm；Blas or切削液冷卻； 切削力由Kistler 9255B三向動(dòng)態(tài)壓電式測力儀、Kistler 5017A電荷放大器、DE WE 3010數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成的切削力測量系統(tǒng)測量。

2.2

試驗(yàn)方案及結(jié)果插銑加工不同于端銑和周銑等其他加工方式(見圖1)。圖中a，為徑向切深，a，為插銑深度，S為步距。插銑加工時(shí)，通常銑刀從工件加工部位的邊緣處開始銑削，刀具沿主軸方向做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，每一刀直接插銑到預(yù)定深度，軸向抬刀，水平進(jìn)刀一個(gè)步距S，移動(dòng)到下一個(gè)加工點(diǎn)，再進(jìn)行第二刀插銑，如

此反復(fù)，直至加工完成。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)向與走刀方向相反時(shí)，為順插銑加工，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)向與走刀方向相同時(shí)，為逆插銑加工。試驗(yàn)采用順插銑方式。

影響插銑切削力的因素很多，試驗(yàn)主要研究插銑參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)了三因素四水平正交試驗(yàn)，選取的因素、水平值、試驗(yàn)的方案及測試結(jié)果如表1所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 切削力經(jīng)驗(yàn)公式

切削力與切削參數(shù)之間存在復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系，基于試驗(yàn)的方法建立切削力與切削參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型時(shí)，復(fù)指形式是當(dāng)前使用較多的一種形式。設(shè)三向切削力F，、F，、F，的形式為式中，C，，、Cg，、C，，取決于被加工材料和切削條件；a；、b、c，分別為切削速度V，的指數(shù)；4g、b，、分別為每齒進(jìn)給量/，的指數(shù)，a，、b，、，徑向切深u，的指數(shù)。對(duì)式(1)兩邊取對(duì)數(shù)得

利用MATLAB軟件的多元線性回歸函數(shù)對(duì)上式進(jìn)行回歸分析”，求得回歸系數(shù)值，就可以得到切削力與插銑參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。代人試驗(yàn)結(jié)果，最終建立的切削力經(jīng)驗(yàn)公式為

為了檢驗(yàn)回歸方程對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合程度，需對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。一般可以采用F值檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，三向切削力對(duì)應(yīng)的F值均大于Foo(3， 16) ， 其中3為試驗(yàn)因素?cái)?shù)，16為試驗(yàn)次數(shù)?；貧w方程十分顯

著，與實(shí)際情況擬合很好，可用于CH4169插銑切削力的預(yù)測計(jì)算和分析。

3.2

切削參數(shù)對(duì)切削力的影響影響從三向切削力的經(jīng)驗(yàn)公式(4)可以看出，在試

驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，高溫合金GH4169插銑加工過程中，三向切削力隨著切削速度V，、每齒進(jìn)給量/，和徑向切深a，的增大而增大；切削力F，、F，、F，受切削深度的影響最大(指數(shù)分別為0.62，0.416和1.16)，其次是切削速度V.(指數(shù)分別為0.135、0.258和0.407)，切削力受每齒進(jìn)給量f，的影響最小(指數(shù)分別為0.147、0.215和0.109)；總體來看，Z方向切削力F，大于X、Y方向切削力F，、F，。

(1)切削速度對(duì)切削力的影響

圖2為切削力與切削速度之間的變化規(guī)律，切削力隨著切削速度的增加而增大。X方向的切削力變化幅度不大，F(xiàn)，從344N增至415N；Y方向切削力增加幅度較大，F(xiàn)，從355N增至508N；Z方向切削力增幅很大，F(xiàn)，從749N增至1317N，分別增加了71N、163N和568N。

(2)每齒進(jìn)給量對(duì)切削力的影響圖3為改變進(jìn)給量時(shí)切削力的變化規(guī)律，切削

力隨著每齒進(jìn)給量f，的增加而增加，F(xiàn)，從369N增至395N，F(xiàn)，從409N增至453N，F(xiàn)，從974N增至1025N，分別增加了26N、44N和51N，增幅都很平

緩。從圖中可看出切削力的增加值和進(jìn)給量的增加值之間并不構(gòu)成正比關(guān)系，這是因?yàn)殡S著每齒進(jìn)給量變大，每齒切削厚度增大，所以切削面積增大，切削力也會(huì)隨之增大；但同時(shí)進(jìn)給量f，增大，使得前刀面上的法向力增加，摩擦角變小，導(dǎo)致剪切角增大，引起切削力減小(“。前者對(duì)切削力的影響大于后者，因此切削力保持增大趨勢。

(3)徑向切深對(duì)切削力的影響圖4為徑向切深改變時(shí)切削力的變化規(guī)律，可以看出，切削力隨徑向切深a。的增大而逐漸增大，F(xiàn)，從287N增至405N，F(xiàn)，從359N增至454N，分別增加了118N和95N，增幅較小。F，從621N增至

1188N，增加了567N，增幅較大。這是因?yàn)殡S著徑向切深的增大，刀具與工件接觸的圓弧長度增加，使切削面積增大，所以切削力一直保持增大趨勢。

4結(jié)語

(1)在GH4169插銑加工過程中，三向切削力F.、F，、F，都隨著切削速度V.、每齒進(jìn)給量J.、徑向切深a。的增大而增大。

(2)在GH4169插銑加工過程中，三向切削力F.、F，、F，受切削深度的影響最大，其次是切削速度V.，每齒進(jìn)給量f，的影響最小。

(3)在GH4169插銑加工過程中，三向切削力F，、F，、F，中，Z方向切削力F.大于X、Y方向切削力F，、F，。