利 用正交试验法，通过用ＣＢＮ刀对ＧＣｒ１５轴承 钢精车切削试验并对试验数据进行了多元线性处理，得出了在此切削条件下的切削用量三因素与刀 具耐用度的Ｔａｙｌｏｒ公式，为解决难加工材料ＧＣｒ１５轴承钢的精车及实际生产提供了经验 。关键词ＣＢＮ刀；精车；正交试验；切削参数中图资料分类号ＴＧ５０１０引言目前加工淬火钢 一般采用磨削工艺，磨削虽可获得高精度与低表面粗糙度的效果，但这种工艺存在生产率较低，加 工费用高，有时表面质量不够理想。特别是轴承厂对轴承内、外圈粗磨时，由于热处理后的变形量 较大，或当操作工人切削用量（尤其是进给量）增大时，可明显提高生产率，但却造成工件的局部 退火烧伤，致使生产出的轴承质量明显下降。随着新型刀具材料的不断出现和发展，淬火钢可用Ｃ ＢＮ刀具进行切削加工〔１〕，从而为解决难加工材料ＧＣｒ１５轴承套圈的硬态精车，开辟了一 条新的途径。采用首都航天机械公司工具厂生产的ＣＬＳ－Ｆ型立方氮化硼复合聚晶刀具，对ＧＣ ｒ１５轴承钢外圈进行了精车试验。１试件材料选用ＧＣｒ１５轴承钢（淬火）作为试验用工件材 料，其化学成份如表１。物理机械性能见表２。表１名称含量ＣＳｉＭｎＣｒＮｉＣｕＰＳＧＣｒ １５０．９５～１．０５０．１５～０．３５０．２０～０．４０１．３０～１．６０≤０．３０ ≤０．２５≯０．０２７≯０．０２０表２工件材料热处理状态硬度（ＨＲＣ）抗拉强度σｂ（Ｇ Ｐａ）延伸率δ（％）冲击值（ＭＪ／ｍ２）导热系数ＫＷ／ｍ·℃ＧＣｒ１５淬火６０～６３０ ．５８９～０．７１６１５～２５０．４４１４０．１由表２可知，该材料硬度高，导热系数小， 属于难加工材料。这将使切削加工时切削力大，切削温度高，力与热集中于刀尖附近，易使刀具磨 损，破损甚至崩刃。故一般刀具材料（Ｈ．Ｓ．Ｓ／Ｃａｒｂｉｄｅｓ）胜任不了这一切削任务， 选用ＣＢＮ－Ｈ刀具进行切削试验。２试验条件及方案试验设备及试验条件如表３所示。表３机床 ＣＡ６１４０，有可控硅无级调速装置，精度未作调整。工件及尺寸ＧＣｒ１５轴承钢，淬火ＨＲ Ｃ６０－６３，１３０×２２轴承外圈。刀具１．材料：ＤＬＳ－Ｆ型ＣＢＮ－Ｈ外圆车刀２． 几何参数：γ０＝０°，α０＝６°，κｒ＝４５°，κ′ｒ＝３５°，λｓ＝０°，ｒε＝０． ４－０．６。用放大１０倍放大镜检验刀刃无缺陷３．刀杆载面尺寸：１８×１８４．刀尖伸出长 度：２０切削用量：（２）１．切削速度：ｖ＝８０－１３０ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝２００－３００ｒ ／ｍｉｎ）。２．进给量：ｆ＝０．１６－０．２０ｍｍ／ｒ。３．背吃刀量：ａｐ＝０．１０－ ０．２０ｍｍ。切削液：无，干切测试仪器：１．２２２１型压电式表面粗糙度检查仪２．×１０ 单管显微镜３．秒表采用正交试验法来确定一组合理的切削用量对刀具耐用度的影响〔３〕，为此 ，选用Ｌ９（３３）正交表来进行表头设计，分别以各因子取值范围的临界值为高水平和低水平， 中间水平（零水平），按下式决定：Ｖ０＝Ｖ＋１＋Ｖ－１２＝８１．７＋１３０．７２＝１０６ ．２（ｍ／ｍｉｎ）ｆ０＝ｆ＋１＋ｆ－１２＝０．１０＋０．２０２＝０．１５（ｍｍ／ｒ）ａ ｐ０＝ａｐ＋１＋ａｐ－１２＝０．１６＋０．２０２＝０．１８（ｍｍ／ｒ）为使计算简化，进 行如下换算处理：（１）确定各因素的变化范围（见表３）（２）对每个因素的水平进行编码，即 作线性变换，这可使回归计算简化！具体编码见表４。表４水平及符号ａｐ（ｍｍ）ｆ（ｍｍ／ｒ ）ｖ（ｍ／ｍｉｎ）上水平＋１０．１００．１６８１．７零水平００．１５０．１８１０６．２ 下水平－１０．２００．２０１３０．７３试验结果及分析３．１表头设计及试验结果按回归正交 设计原则，试验方案及结果见表５。表５序号．代码．因素ａｐｆｖＲａ（μｍ）Ｔ（ｍｉｎ）切 削情况及切屑１＋１＋１＋１０．７２６．８切削轻快白色带状屑２＋１００１．２２２．５切削 轻快发红变兰带状屑３＋１－１－１１．３１９．７切削轻快发红变兰带状屑４０＋１０１．４２ ３．０切削轻快兰色微带火花５００－１１．５２０．１切削轻快兰色切削有火花６０－１＋１１ ．６２５．０切削轻快屑兰色带状７－１＋１－１１．２２０．４切削轻快屑兰色有火花８－１０ ＋１１．３２５．２切削轻快屑兰色带状９－１－１０１．４２１．５切削轻快屑兰色带状ＣＢＮ －Ｈ车刀刃磨后ＶＢ＝０．０１，在实验中每次取相同的磨钝标准ＶＢ＝０．２ｍｍ，为使实测的 数据处理后尽量接近真值，取多次重复实验测量求平均值的方法。３．２切削实验结果的数据处理 为使所测数据可靠，求出每次实验所得标准偏差，并用狄克松检验法将异常数据排除，然后进行多 元回归分析。由Ｔ＝ＣＴ×ａｘｐ×ｆｙ×Ｖｚ〔４〕两边取对数，得：ｌｇＴ＝ｌｇＧ＋ｘｌｇ ａｐ＋ｙｌｇｆ－ｚｌｇＶ∴回归值Ｙ＝ｂ０＋ｂ１ｘ１＋ｂ２ｘ２＋ｂ３ｘ３ｙ＝μ０＋ｂ１（ ｘ１－ｘ１）＋ｂ２（ｘ２－ｘ２）＋ｂ３（ｘ３－ｘ３）为简化计算，采用下列模型，即表６序 号ａｐ（ｍｍ）ｆ（ｍｍ／ｒ）Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）Ｔ（ｍｉｎ）ｘ１＝ｌｇａｐｘ２＝ｌｇｆｘ３ ＝ｌｇｖｙ＝ｌｇＴ１０．１００．１６８１．７２６．８－１－０．７９６０１．９１２２１． ４２８１２０．１００．１８１０６．２２２．５－１－０．７４５０２．０２６１１．３５２２ ３０．１００．２０１３０．７１９．７－１－０．６９９０２．１１６２１．２９４５４０．１ ５０．１６１０６．２２３．０－０．８２４０－０．７９６０２．０２６１１．３６１７５０． １５０．１８１３０．７２０．１－０．８２４０－０．７４５０２．１１６２１．３０３２６０ ．１５０．２０８１．７２５．０－０．８２４０－０．６９９０１．９１２２１．３９７９７０ ．２００．１６１３０．７２０．４－０．６９９０－０．７９６０２．１１６２１．３０９６８ ０．２００．１８８１．７２５．２－０．６９９０－０．７４５０１．９１２２１．４０１４９ ０．２００．２０１０６．２２１．５－０．６９９０－０．６９９０２．０２６１１．３３２４ －７．５６９０－６．７２００１８．１６３５１２．１８１０平均值－０．８４１０－０．７ ４６７２．０１８２１．３５３４下面计算ｉｘｉ１等值：ｉｘｉ１＝－７．５６９０ｉｘ ｉ２＝－６．７２００ｉｘｉ３＝１８．１６２５ｉｘ２ｉ１＝６．５０２７ｉｘ２ｉ２＝ ５．０３１７ｉｘ２ｉ３＝３６．７１９７（ｉｘｉ１）２＝５７．２８９８（ｉｘｉ２） ２＝４５．１５８４（ｉｘｉ３）２＝３２９．９１２７ｉｘｉ１ｘｉ２＝５．６５１５ｉ ｘｉ２ｘｉ３＝－１３．５６２１ｉｘｉ３ｘｉ１＝－１５．２７５５（ｉｘｉ１）（ｉｘ ｉ２）（ｉｘｉ３）＝９２３．８６２５ｉｙｉ＝１２．１８１０ｉｙ２ｉ＝１６．５０４ ６｛ｉｘｉ１ｙｉ＝－１０．２４８９ｉｘｉ２ｙｉ＝－９．０９８８ｉｘｉ３ｙｉ＝２４ ．５５０５（ｉｘｉ１）（ｉｙｉ）＝－９２．１９８０（ｉｘｉ２）（ｉｙｉ）＝－８ １．８５６３（ｉｘｉ３）（ｉｙｉ）＝２２１．２４９６从而可求出：ｘ１＝１ｎｉｘｉ １＝－０．８４１０ｘ２＝１ｎｉｘｉ２＝－０．７４６７ｘ３＝１ｎｉｘｉ３＝２．０１８ ２ｙ＝１ｎｉｙｉ＝１．３５３４ｌ１１＝ｉｘ２ｉ１－１ｎ（ｉｘｉ１）２＝０．１３７ ２ｌ１２＝ｌ２１＝ｉｘｉ１ｘｉ２－１ｎ（ｉｘｉ１）（ｉｘｉ２）＝０ｌ１３＝ｌ３１ ＝ｉｘｉ１ｘｉ３－１ｎ（ｉｘｉ１）（ｉｘｉ３）＝０ｌ２２＝ｉｘ２ｉ２－１ｎ（ ｉｘｉ２）２＝０．０１４１ｌ２３＝ｌ３２＝ｉｘｉ２ｘｉ３－１ｎ（ｉｘｉ２）（ｉｘ ｉ３）＝０ｌ３３＝ｉｘ２ｉ３－１ｎ（ｉｘｉ３）２＝０．０６２７ｌ１ｙ＝ｉｘｉ１ｙ ｉ－１ｎ（ｉｘｉ１）（ｉｙｉ）＝－０．００４７ｌ２ｙ＝ｉｘｉ２ｙｉ－１ｎ（ｉｘ ｉ２）（ｉｙｉ）＝－０．００３７ｌ３ｙ＝ｉｘｉ３ｙｉ－１ｎ（ｉｘｉ３）（ｉｙｉ ）＝－０．０３２８这样，常数项矩阵Ｂ和系数矩阵Ａ可求出如下：Ｂ＝ｉｙｉｌ１ｙｌ２ｙｌ ３ｙ＝１２．１８１０－０．００４７－０．００３７－０．０３２８；Ａ＝ｎ００００ｌ１１ｌ １２ｌ１３０ｌ２１ｌ２２ｌ２３０ｌ３１ｌ３２ｌ３３＝９０００００．１３７２０００００． ０１４１０００００．０６２７；Ｃ＝１９００Ｌ－１而Ｌ－１〔５〕＝０．１３７２００００． ０１４１００００．０６２７１０００１０００１＝１０００１０００１７．２８８６０００７０ ．９２２００００１５．９４９０μ０＝Ｙ＝１．３５３４；ｂ１ｂ２ｂ３＝７．２８８６０００ ７０．９２２００００１５．９４９０－０．００４７－０．００３７－０．０３２８ｂ１＝７． ２８８６×（－０．００４７）＋０×（－０．００３７）＋０×（－０．０３２８）＝－０．０ ３４３ｂ２＝０×（０．００４７）＋７０．９２２０×（－０．００３７）＋０×（－０．０３ ２８）＝－０．２６２４ｂ３＝０×（－０．００４７）＋０×（－０．００３７）＋１５．９４ ９０×（－０．０３２８）＝－０．５２３１∴回归值Ｙ＝μ０＋ｂ１（ｘ１－ｘ１）＋ｂ２（ｘ ２－ｘ２）＋ｂ３（ｘ３－ｘ３）＝１．３５３４＋（－０．０３４３）（ｘ１＋０．８４１０） ＋（－０．２６２４）（ｘ２＋０．７４６７）＋（－０．５２３１）（ｘ３－２．０１８２）＝２．１８４３－０．０３４３ｘ１－０．２６２４ｘ２－０． ２６２４ｘ２－０．５２３１ｘ３此式再经变换得刀具耐用度的三因素公式为：Ｔ＝１５２．９Ｖ０．５２ｆ０．２６ａ０．０３ｐ４结论通过以上试验研究.
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