1基于Taguchi技術對鉆削金屬基復合材料的研究J.PauloDavim喻生林譯摘要:這是一篇關于切削要素（切削速度和進給量）和切削時間對鉆削金屬基復合材料影響的研究論文。一項基于Taguchi技術，以附加在工件上的切削條件進行控制加工的實驗計劃。目的在于能夠建立與刀具壽命估測，特定的切削力和孔的表面粗糙度有關的切削速度，進給量和切削時間三者之間的關系。通過作多發性線性回歸分析來獲取它們相互之間的關系。最后，將通過做驗證性實驗來對預測的實驗結果和上面提到的關系作比較。關鍵詞:切削；金屬基復合材料；Taguchi技術；方差分析1.前言與那些常規的材料相比，金屬基復合材料（簡稱MMCs）是一類相對較新的材料，它具備了更輕的質量，能夠承載更高的抵抗力這樣一些性質。這類材料已被考慮用于汽車剎車裝置中的轉動件和內燃機中的各種零部件的制造。因為它具備陶瓷類材料的高耐磨性，所以對MMCs很難進行切削加工。這類強化性陶瓷材料主要是形狀不規則或呈球形，長如纖維短如須狀或顆粒狀的Al2O3，SiC,B4C這類物質。對于MMCs一個持續的問題是對它們很難進行切削加工，因為SiC的高硬度和耐磨特性或其它的堅硬顆粒。MMCs中的顆粒硬度高于高硬度金屬中的主要成分WC,甚至是絕大部分的切削刀具材料。但是聚晶金剛石（PCD）是一個特例，因為它的硬度大約是SiC的三到四倍。這就是PCD受到眾多研究切削這些材料的學者力薦的原因。Taguchi技術由以一定控制方式來獲得數據的實驗計劃，執行實驗和分析數據組成，它用來獲得一系列有關給出的處理過程的信息。這些技術通過用正交矩陣來確定實驗安排。實驗結果將通過分析平均值和方差分析的處理。（簡稱ANOVA）。2.實驗步驟2.1方法以及材料為了實現實驗目的，對類型為A356/20/SiCp-T6的MMCs材料（鋁混有7.0%的硅，0.4%的鎂和體積比為20%的SiC強化）進行熱加工試驗（處理在溫度為154。C保溫五個小時）。這些SiC顆粒平均直徑大約在20um左右加工中所用的是以HeidenhaiCNC為控制系統的鉆削機床（能持續加速至3000rpm，具備2Kw的驅動功率。）帶有PCD的鉆床（如DIN338）用來在厚度為15mm2的MMCs圓盤件上鉆孔（直徑為5mm）.實驗中我們將使用一個帶有適當過載放大器的Kistler壓電測力器。一些獲得數據的不同程序在LabVIEWTM這款軟件上已經得以形成和使用。我們根據扭矩B和進給力Ff的方程式通過這款軟件，可以持續直觀地實現繪圖和記錄的同步化和可視化。表1各影響要素等級的分配等級切削速度,V(m/min)進給量,f(mm/rev)切削時間,T(min)1300.0552400.1103500.215特定的切削力Ks通過關系式Ks=8B/(fd2)來計算。其中B扭矩；f進給量；d鉆頭直徑。我們通過單位為1um，放大倍數為30倍的光學顯微鏡來測量切削刀具的磨損量(VBmax在刀刃半徑的1/4處測量)。2.2實驗（Taguchi技術）計劃對于Taguchi技術實驗計劃的詳細細節使用以上三個因素的三個等級。在表1中指明了要研究的要素和對應等級的分配。我們所選擇的矩陣是L27（313），見表2它有三個等級27行，13列對應相關試驗中的數據。各要素以及它們之間的相互關系顯示在每一列中。實驗計劃由27個子實驗（矩陣行）組成，其中第一列與切削速度V相關，第二列與進給量相關，第五列與切削時間相關，其余與各要素之間的相互關系相關。需要研究的結果是刀具的磨損量VBmax,特定的切削力Ks和孔的表面粗糙度Ra。這些實驗重復做兩次，總計54個子實驗進而對結果來進行方差分析。表2Taguchi的正交矩陣L27（313）。L27（313）試驗1234567891011121311111111111111211112222222223311113333333334122211122233351222222333111612223331112227133311133322281333222111333913333332221111021231231231231121232312312311221233123123121322311232313121422312313121231522313121232311623121233122311723122311233121823123122311231931321321321322031322132132132131323213213212232131322133212332132133211322432133211322132533211323212132633212131323212733213212131323.數據分析結果和討論實驗的進行目的在于尋求切削速度V，進給量f，切削時間T這三個因素與刀具的磨損量VBmax,特定切削力Ks以及孔的表面粗糙度Ra這三者之間的特定關系。4數據的統計處理分為兩個部分。第一部分關注于ANOVA和各要素的影響以及相互之間的關系。第二部分允許我們獲得介于切削要素之間的相互關系。然后，結果將通過做驗證性試驗來獲得。表3Taguchi的正交矩陣實驗切削速度V(m/min)進給量f(mm/rev)切削時間T(min)刀具磨損量VBmax(mm)特定切削力Ks(N/mm2)表面粗糙度Ra(mm)1300.0550.0843570.232300.05100.0959500.183300.05150.1065450.194300.150.0930010.355300.1100.1139990.256300.1150.1345000.257300.250.0920660.388300.2100.1222640.279300.2150.1530940.2910400.0550.0940430.3111400.05100.1058070.3312400.05150.1163880.3613400.150.1127840.4714400.1100.1239040.4715400.1150.1537