航空铝合金7050T7451铣削力模型的实验研究

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1、文章编号:1()04-132X(2003)19-1684-03航空铝合金7050-T7451铳削力模型的实验研究王立涛柯映林黄志刚摘要：采用多因素回归正交实验法进行铳削实验，在给出四因素、四水平实验模型中常系数和指数数学推导公式的基础上，建立了特种材料705（）-T7451的铳削力模型，为进一步研究航空铝合金数控加工变形提供了可靠的边界条件。关键词：机械加工；铳削参数；回归正交实验法；铳削力模型中图分类号:V261.23文献标识码:A王立涛教授(5)(6)&=%¥雄=心¥爲fT几=山¥乂由最小二

2、乘法35]可知(7)在新型飞机的结构设计与制造过程屮，要求以提高飞机结构件的强度与刚度、断裂韧性及抗应力腐蚀能力、降低飞机的空重等为主要参数指标，这就使得铝合金材料在航空航天领域得到广泛应用。由于铝合金结构件在加工完成后产生明显的加工变形•影响产品的加工成本与生产进度.因此，我们对引起其加工变形的相关因素进行了研究，认为残余应力是其主要因索，而影响残余应力及其重新分布的主要因索是切削力、切削热及装夹状态等。1铳削力经验公式中常系数和指数的确定从工程上讲，铳削力经验公式对于不同的加工环境而言，其构建

3、形式是完全不同的。为此，要研究铝合金材料的加工特性和工艺指标，就必须针对这类零件的材料进行切削实验，以确定更为贴合实际的饶削力模型，为进一步研究其加工质量和应用可靠性提供科学保障。由于铳削加工涉及4个切削参数，囚而采用回归正交实验法建立铳削力经验公式属于多因索实验范I畴。尽管此实验法在切削试验中较为成熟，但对于四因索、四水平实验的常系数和指数的数学构建模式却不及单因素和三因素那样貝体，所以，本文首先对其进行推导求证。参照金属切削原理研究结论，在机床特征和刀具几何参数确定的前提条件下，切削力与切削参

4、数之间存在复杂的指数关系⑴匕设本实验的铳削力经验公式的通用形式为b=C卜、詳卜'朕1讥f"卜‘祖（1）式中・Cb为决定于加工材料、切削条件的系数;如为铳削深度卩为铳削速度;/为进给量;3为锥削宽度M为刀具直径。在式（1）两边同时取对数使之变换成线性函数，即lgFg=lgC怜+lgd++w&lgQp++叫lgg（2）设其对应的线性回归方程为Ay=仇+”1工1++”3工3+仇I（3）式中各常系数和参数与式（2）—一对应，设四水平的编码公式为X.,=g["）+3/=0,1,2,3min设=JTmax—久

5、血，有勺=3a（4）将式（4）代入式（3）并展开.合并后得歹=+如(—竽+/mnx)+仇(—竽+^max)+“3(—+才max)+“I(—+Hmnx)+"1()+仇+仇+仇(詈XQ666令九=仇+尔一号'++心（一气+3）+处-等+如）+久（-y(8)式中•，为实验次数〃=1,2,3,4。将式（7）变换得收稿日期：2002—07—22基金项目：国家自然科学基金资助项目（50175102）万方数据・1684・航空铝合金7O5O-T7451gt削力模型的实验研究——王立涛柯映林黄志刚max将式（9）代

6、入式（6）可得仇="；＞—几吕（—券■+才max〉一仇吕（一¥+Q'n曲）—“；吕（—¥+©0X）—价吕（—斗+^max）=b'o—b•~1~N"nun)”3(&m：,xITxnin)3(&訂》,久IN"nuri)max—才min^max—min才nwx—才minD数据采集卡1块及台式计算机1台，这一系列装置通过屏蔽电缆彼此相连，组成铳削力的信息流系统，最后经由我们编制的专用程序生成相应的数据文件并作为实验的原始资料保存起来，见图U（2）刀具。材料为W9Mo3Cr4V的＜

7、＞18mm三^ina

8、xmin(10)刃铳刀425mm双刃铳刀。综合式（2）、式（9）及式（10）可求得跣削力经验公式中的系数和指数:ig（；p・=九—几3(lg%x+lg如in〉lg®max—Ig&min・”2•3(lgdpmnxIgGpmin)/•3(lg/nv»x+】g/min)/•二吋7——F川lg/xnz—lg/min3(lg^wraax+lgaxvminIgdwmaxIgdwmin（3）材料。7050-T7451预拉伸铝合金板，形状见图3。（4）实验设备。MV-5A立式数控加工屮心，铳削方式lgC)・&=i

9、g(£-lgd为逆铳，铳削参数见图3被测试件示意图6lg^mnx—lgPmin叫=b，ilgAwx-IgA."Igdwmaxlg"wmin.2实验系统和实验方案表1。(11)图1为铳削力实验系统示意图，图2为实验系统工作现场照片。水平下水平次下水平次上水平上水平水平值-3-1+1+3铳削速度p（r/min）117.8M&4187.0235.6铳削速度2.0()3.425.851().00进给量f(mm/min)300416580800铳削宽度aw（mm）?Lb1020表1铁削实验的