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)，采用正交試驗法進行高溫合金GH4169的銑削試驗?；谠囼灧ń⒘饲邢髁εc切削參數(shù)之間的經(jīng)驗公式，分析了各切削參數(shù)對切削力的影響規(guī)律。運用方差分析法檢驗了經(jīng)驗公式的顯著性。結果表明：F，、F，、F，都隨著切削速度V.、每齒進給量f，、徑向切深a，的增大而增大；三個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)外學者對插銑進行了大量研究， RauchM.[a]將插銑法用于型腔銑削，對該方法在鋁合金加工中的潛力進行了評估，并與傳統(tǒng)的加工方法在切削效率、加工質(zhì)量和刀具動態(tài)性能等方面進行比較。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)定性預測理論，并建立了再生切屑厚度模型。唐進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行GH4169插銑。結果發(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。本文通過設計鎳基高溫合金CH4169的插銑試驗，分析了插銑參數(shù)對切削力的影響規(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

試驗條件

2.1

試驗選用喬福機械VMC 850三坐標立式數(shù)控銑床， 最大轉速8000r/min， 功率22kW； 試驗刀具選用巾12的四齒硬質(zhì)合金銑刀，牌號K40；試驗材料選用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

試驗方案及結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，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給運動，每一刀直接插銑到預定深度，軸向抬刀，水平進刀一個步距S，移動到下一個加工點，再進行第二刀插銑，如

此反復，直至加工完成。當主軸轉向與走刀方向相反時，為順插銑加工，當主軸轉向與走刀方向相同時，為逆插銑加工。試驗采用順插銑方式。

影響插銑切削力的因素很多，試驗主要研究插銑參數(shù)對切削力的影響規(guī)律。設計了三因素四水平正交試驗，選取的因素、水平值、試驗的方案及測試結果如表1所示。

3 試驗結果分析

3.1 切削力經(jīng)驗公式

切削力與切削參數(shù)之間存在復雜的數(shù)學關系，基于試驗的方法建立切削力與切削參數(shù)之間的數(shù)學模型時，復指形式是當前使用較多的一種形式。設三向切削力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，、分別為每齒進給量/，的指數(shù)，a，、b，、，徑向切深u，的指數(shù)。對式(1)兩邊取對數(shù)得

利用MATLAB軟件的多元線性回歸函數(shù)對上式進行回歸分析”，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)驗公式。代人試驗結果，最終建立的切削力經(jīng)驗公式為

為了檢驗回歸方程對試驗數(shù)據(jù)的擬合程度，需對回歸方程進行顯著性檢驗。一般可以采用F值檢驗法進行顯著性檢驗，檢驗結果如表2所示，三向切削力對應的F值均大于Foo(3， 16) ， 其中3為試驗因素數(shù)，16為試驗次數(shù)?；貧w方程十分顯

著，與實際情況擬合很好，可用于CH4169插銑切削力的預測計算和分析。

3.2

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

驗參數(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)每齒進給量對切削力的影響圖3為改變進給量時切削力的變化規(guī)律，切削

力隨著每齒進給量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給量的增加值之間并不構成正比關系，這是因為隨著每齒進給量變大，每齒切削厚度增大，所以切削面積增大，切削力也會隨之增大；但同時進給量f，增大，使得前刀面上的法向力增加，摩擦角變小，導致剪切角增大，引起切削力減小(“。前者對切削力的影響大于后者，因此切削力保持增大趨勢。

(3)徑向切深對切削力的影響圖4為徑向切深改變時切削力的變化規(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。這是因為隨著徑向切深的增大，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，。