李元皓，李金泉

QAl9-4 鋁青銅是以銅-鋁系為基礎(chǔ)的合金，是機(jī)械制造中的常用結(jié)構(gòu)材料。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，QAl9-4 鋁青銅作為現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用前景很好的一種銅合金[1]，以其具有的優(yōu)良性能[2～5]，在機(jī)械制造行業(yè)中起著越來越重要的作用。

表面粗糙度是用來評價加工表面平整程度的參數(shù)，是工件加工質(zhì)量優(yōu)劣的重要評價指標(biāo)[6]。如何降低工件表面粗糙度值一直是制造業(yè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過分析正交車削試驗數(shù)據(jù)，采用極差分析方法分析試驗結(jié)果，確定表面粗糙度影響因素的主次順序，最后，通過分析單因素車削試驗數(shù)據(jù)，確定切削力對QAl9-4 鋁青銅表面粗糙度的影響規(guī)律。

1 切削試驗

本文QAl9-4 鋁青銅（見表1） 的試驗工件尺寸為?100 mm×90 mm。試驗機(jī)床為J1MK460 車床，用YG8 硬質(zhì)合金刀片的外圓車刀對試件外圓柱面進(jìn)行切削實驗，用YDC-III89 壓電車削測力儀采集加工過程中的切削力數(shù)據(jù)，整個加工過程均為干式切削，車削后由2210 型電動輪廓測量儀采集已加工表面的粗糙度數(shù)據(jù)。

表1 QAl9-4 鋁青銅材料的化學(xué)成分 (wt.%)

本文選用水平正交試驗設(shè)計方案，切削速度為157、226.08、329.7、471 m/min；進(jìn)給量取0.061、0.068、0.080、0.118 mm/r；切削深度取0.4、0.6、0.8、1.0 mm，研究三種因素對QAl9-4 鋁青銅表面粗糙度的影響規(guī)律。然后，采用單因素切削試驗研究切削力與表面粗糙度之間的關(guān)系。A 組切削速度取109.9、157、226.08、329.7、471m/min 時，進(jìn)給量、切削深度分別為0.118 mm/r 和0.6 mm；B組切削速度取471m/min，切削深度為0.6 mm，進(jìn)給量分別取0.061、0.068、0.080、0.118 mm/r；C組切削速度取471m/min，進(jìn)給量取0.118 mm/r，切削深度分別取0.4、0.6、0.8、1.0 mm。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 極差分析

本文選用極差分析方法，通過這種方法可以明確區(qū)分影響因素中的主要因素與次要因素，以及對粗糙度的影響程度。通過整理試驗結(jié)果，將得到的表面粗糙度值列出QAl9-4 鋁青銅極差分析表（見表2）。

表面粗糙度的平均值用f1、f2、f3、f4表示，Rj表示因素n 的f1、f2、f3、f4所對應(yīng)的粗糙度之間的極限差值，即n 因素的極差，可定義為下式：

通過表2 可以看出，在選用不同切削用量的條件下，切削速度v 對QAl9-4 鋁青銅表面粗糙度的影響最大，進(jìn)給量f 次之，切削深度ap的影響最小。

表2 QAl9-4 鋁青銅的表面粗糙度值極差分析表

2.2 水平因素關(guān)系圖分析

為了直觀研究切削參數(shù)對表面粗糙度的影響，筆者用切削試驗得到的表面粗糙度值數(shù)據(jù)繪出表面粗糙度與三種影響因素的關(guān)系圖（見圖1）。

由圖1（a） 可以看出，當(dāng)切削速度在226～329 m/min 的范圍內(nèi)，隨著切削速度增加，表面粗糙度值也在增大。當(dāng)切削速度增加到切屑形狀呈現(xiàn)出節(jié)狀切屑時，刀具振動增大，切削力增大，切削溫度升高，而這通常會導(dǎo)致積屑瘤的產(chǎn)生。而積屑瘤不斷擴(kuò)展，會在已加工表面產(chǎn)生紋道及刻痕，材料表面的粗糙度值將不斷增大。而當(dāng)切削速度增加到329～471 m/min 范圍內(nèi)，幾乎不會形成積屑瘤，同時材料的的塑性變形減小，表面粗糙度曲線趨于平穩(wěn)。

由圖1（b） 可以看出，進(jìn)給量在某一定區(qū)間內(nèi)增加時，表面粗糙度值呈現(xiàn)出較為緩慢的上升趨勢，當(dāng)進(jìn)給量在0.08～0.118 mm/r 區(qū)間內(nèi)時，表面粗糙度值緩慢降低。

圖1 QAl9-4 鋁青銅表面粗糙度與三因素因素的關(guān)系圖

由圖1（c） 可以看出，表面粗糙度值隨切削深度的增大先增加然后降低。

2.3 切削力對表面粗糙度的影響研究

（1） 切削力與表面粗糙度的數(shù)據(jù)比較

筆者根據(jù)單因素試驗切削力及表面粗糙度實驗數(shù)據(jù)，繪出切削力-表面粗糙度關(guān)系圖（見圖2）。

圖2 為QAl9-4 鋁青銅在穩(wěn)定切削狀態(tài)下切削力合力同表面粗糙度值的雙縱坐標(biāo)對照圖。圖中左側(cè)縱坐標(biāo)表示切削力值F合，右側(cè)縱坐標(biāo)表示表面粗糙度測量值Ra。

圖2 單因素試驗切削力-表面粗糙度數(shù)據(jù)對照圖

圖2（a） 為A 組單因素試驗，由圖可知，QAl9-4 鋁青銅表面粗糙度值同切削力F合值變化趨勢相同。圖2（b） 是B 組以進(jìn)給量為自變量時切削力與表面粗糙度的曲線對照圖，隨著進(jìn)給量的增大，切削力與表面粗糙度值均增大。圖2（c） 是C 組以切削深度為自變量時，切削力與表面粗糙度的曲線對照圖，隨著切削深度不斷增加，表面粗糙度值Ra與切削力F 的曲線均呈現(xiàn)出“W”形變化趨勢。

（2） 表面粗糙度與切削力的相關(guān)性分析

為證實上述分析的準(zhǔn)確性，本文利用Spss 軟件分析表面粗糙值Ra與切削力F合之間的相關(guān)性（見表3）。

表3 QAl9-4 加工表面粗糙度值與切削力相關(guān)性分析表

可知，通過Spss 軟件從顯著性與相關(guān)性分析結(jié)果顯示，單因素試驗中的顯著性水平均小于0.05，皮爾遜相關(guān)性均大于0.3，證明切削力與表面粗糙度存在相關(guān)性。

3 結(jié) 語

（1） 通過QAl9-4 鋁青銅正交車削加工試驗，發(fā)現(xiàn)切削速度對表面粗糙度的影響較大，在小進(jìn)給和稍大切深下加工QAl9-4 鋁青銅的表面粗糙度值比較小。

（2） 在本文切削條件下，表面粗糙度與切削力有相同的變化趨勢，即表面粗糙度值與切削力成正比。

（3） 切削深度越小并不意味著表面加工質(zhì)量會越好。

（4） 利用Spss 軟件分析三組單因素試驗下QAl9-4 鋁青銅的相關(guān)性均大于0.3，而顯著水平均小于0.05，證明表面粗糙度值受切削力的影響。