CC BY
17
¡§§1 Машиноведение
системы призм 12, который регулирует ход толкателя 14 в зависимости от диаметра обрабатываемой детали 9.
Разработана расчетная математическая модель процесса правки маложёстких цилиндрических деталей стесненным сжатием, позволяющая определять остаточное напряженное и деформированное состояние выправленных изделий.
На основании численных данных установлено, что напряженное состояние детали и эффективность правки зависят от величины сжимающей нагрузки, условий трения и геометрии опорных призм.
Рассчитаны геометрические параметры деформирующего устройства для правки стесненным сжатием, обеспечивающие минимальные искажения формы дета-
ли. Определено влияние процесса правки стесненным сжатием на исходные остаточные напряжения, которые после правки снижаются в 40-50 раз.
Для повышения производительности правки, автоматизации контрольных операций спроектировано в Autodesk Inventor новое автоматизированное устройство, позволяющее править маложесткие цилиндрические детали.
Библиографический список
1, Шимкович Д.Г. Расчет конструкций б MSC.Naslran for Windows. - М,: ДМК Пресс, 2001. - 448с,
2. Справочник технолога-машиностроителя, В 2-х г. Т. 1 / Под ред, А,Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, - 4-е изд., перерос, и доп. - М.: Машиностроение. 1986, - 656 с,
Я.И.Солер, Д.Ю.Казимиров, А.Б.Отрелков
АСТП плоского шлифования деталей из ВНС-2 высокопористым абразивным инструментом при нелинейной параметризации податливости
Марка 08Х15Н5Д2Т (ВНС-2) относится к высокопрочным коррозионно-стойким сталям и используется для изготовления ответственных деталей летательных аппаратов, подверженных при эксплуатации атмосферным воздействиям. Окончательная обработка таких деталей обычно выполняется абразивными кругами, обеспечивающими высокую производительность процесса, стабильность формы и требуемый микрорельеф поверхности, Повышение обрабатываемости стали 08Х15Н5Д21 в работе обеспечено использованием абразивных кругов высокой пористости [1,2). Как известно, для управления процессом необходимо назначить технологические параметры. Чаще всего технологии выполняют эту работу по таблицам, размещенным в нормативно-технических документах. Б настоящее время созданы предпосылки для автоматизации этой процедуры путем совместного использования ПК, программных продуктов и моделей I дисперсионного анализа (ДА) с постоянными факторами [3]. Оригинальностью предлагаемых моделей является присутствие в них операционного припуска, позволяющего учесть многопроходность процесса и податливости шлифуемых деталей, Как было показано в (4), совместное использование моделей и программ Slat-Ease Design-Expert 6.0.10, Statistics 6.0 и др, позволяет при необходимости провести многокритериальную оптимизацию процесса абразивной обработки. В ходе выполнения данного исследования была привлечена первая из указанных программ и в ней конкретно следующие разделы: смешанный план типа 24 З1, матрица которого реализует реплику 3/4; многофакторный ДА, главной задачей которого служит выявление значимых эффектов; методы наименьших квадратов (НК-аценок) и максимума правдоподобия (МП-оценок), обеспечивающие пригонку прогнозируемых величин, предсказанных моделью, к средним наблюдений.
Опыты проведены при следующих неизменных условиях: плоскошлифовальный станок модели ЗГ71; опытные круги ПП200*25Х?6 25А25ПСМ2 МЖ5/КФ40 высокой пористости; скорость резания vy ~35 м/с; высота деталей И = 30 мм; размер шлифуемой плоскости L х В = 40 х 25.4 мм; СОЖ - 5-процентная эмульсия Аквол-6 с расходом 7-10 л/мин.
Переменные условия исследования содержатся в табл.1.
В [5, 6] установлено, что влияние податливости заготовок на состояние обработанной поверхности чаще всего аппроксимируется нелинейной зависимостью. По этой причине был выбран смешанный план 2Л З1, В нем жесткость детали поддерживалась на трех уровнях; +1,00: 0,00; -1,00, - а для остальных технологических факторов ограничились двумя предельными значениями, Физическое моделирование переменной податливости заготовок вели на специальной установке с варьируемой жесткостью в горизонтальной плоскости по длине рамы [7]. В ходе исследования обрабатываемые детали сохраняли постоянные размеры и массу, При этом полагали, что их податливость определяется на-
стройкой установки. Ее поворотом на 90° имитировали варьирование изучаемой жесткости детали ], д = 1,2 в
двух взаимно ортогональных направлениях, параллельных векторам зп и 5пр, Параметры шероховатости по ГОСТ 25142 - 82: Яа, Яд, Яг, Я шах и 8т - измеряли на профилометре 5уг1ют'с-3 (Англия) в тех же ортогональных плоскостях при двух расположениях установки. Условия формирования микрорельефа отражено дополнительными индексами (р, д) при стандартном обозначении параметра, Так, параметр Яап представляет среднее арифметическое отклонение профиля, рассматриваемое в поперечном направлении (р= 1) при переменной податливости детали по ходу продольного перемещения стола станка (р=2).
Таблица 1
Интервалы варьирования и уровни натуральных и нормированных факторов
Факторы Интервалы варьирования Уровни факторов
верхний (+1,00) основной (0,00) нижний (-1,00)
А - продольная подача 5пр, м/мин. 4 12 8 4
В - поперечная подача 5п1 ММ/ДВ. ХОД 2 8 6 4
С - глубина резания мм 0,003 0,010 0,007 0,004
0 - припуск г, мм 0,1 0,3 0,2 0,1
Е, - жесткость детали /,,, Н/'мм 5173,5* 11222,0 7837,0 875,0
Примечание. * Интервалы варьирования выдержаны неточно в связи со ступенчатым варьированием жесткости изделия
При поиске оценок модели использовали понятия дисперсионного и регрессионного анализов: наблюдения именовали откликами Yipqr (г = 1,36— строки матрицы плана эксперимента, г = 1,3 —дублирующие опыты); среднюю наблюдений г = 1,36-общей выборочной средней (аддитивной постоянной полиномов а0) при фиксированных р и q; среднюю ко наблюдения - выборочной средней yiqnt наблюдений в i-ом опыте при фиксированных /, р и q. Для реальных средних, расположенных в любой точке факторного пространства, использовали следующие обозначения: Rav , Ra]2 и т.д. - предсказанных моделью; Яап, Яап и т.д. - по результатам наблюдений,
Автоматизированный поиск моделей i ДА рассмотрен в работах [4, 6-9]. В рамках данного исследования ограничимся рассмотрением его алгоритма. Первоначальную регрессионную процедуру выполняли методом НК-оценок и полученную функцию в общем виде обозначим у ро%, Метод максимального правдоподобия позволяет при нормальности и гомоскедастичности распределения ошибок перейти к новой функции уЛ( рат) в силу инвариантности оценок [3, 10]. Индекс X в преобразованной функции указывает на степенное (Л Ф 0) или логарифмическое (Я = 0) ее представление. Если по критерию Бокса-Кокса выявлено, что модель у нецелесообразно трансформировать, то р = у и Я = 1. Рекомендуемые по критерию Бокса-Кокса модели для преобразования были дополнительно
проверены по разработанной нами методике [7, 8]. Эта процедура признавалась целесообразной при эффективности не менее 5%. Предложенная нами методика [5] позволила количественно оценить эффективность трансформирования Э исходных моделей НК-оценок, На первом этапе этой процедуры были оставлены в исходном состоянии те из регрессий, у которых эффективность преобразования не превысила 5%. Затем среди нескольких преобразованных моделей МП-оценок для одного исследуемого параметра была выбрана для практического использования в информационной базе данных та, у которой эффективность трансформирования оказалась больше. Так, по критерию Бокса-Кокса было получено, что исходная модель НК-оценок для параметра
Яд22 = 0,976 + 0,375,4 + 0,1645 + 0,241С + 0,149D + 0,066АВ + 0,065AD + ОД 32ВС -
- 0,074BD - ОД 86Œ2 - 0Д53£>£2, мкм может быть преобразована с использованием логарифмической и степенной зависимостей:
RqA(22) = Ln{~ 0,091 + 0,311А + ОД 41В + 0,271С + 0,052 D - ОД 02£2 - 0,068 А С + 0,075 A D +
+ ОД08ЯС-0,0765/) + 0,113АЕ2 -0,235СЕ2), мкм;
&7А(22) = (1,116 - 0,163 А- 0,013 В - ОД 59 С + 0,049А С - 0,03 8АВ - 0,0515С + 0,041 ВО -
- 0,069АЕ2 + 0,\22СЕ2У°>5, мкм.
Результаты проверки показали, что преобразованная модель (1) характеризуется эффективностью 3! = 22,69%, а для модели МП - оценок (2) она составила Э2=21,45%. В связи с этим модель (1) была выбрана для практического использования.
Проведенное исследование позволило в табл, 2 и 3 привести модели I ДА. рекомендуемые для создания информационной базы данных.
Таблица 2
Модели I ДА для прогнозирования микрорельефа и погрешностей формы поверхности при переменной поперечной жесткости детали (д = 1 ]
Параметр Регрессия y u , мкм
Ra| ¡ / Reí-, | (0,795+0,132А+0Д79В+0,226D+0,095E2 + 0,08160+0,07960-0,084БЕ--0,099C£+0,129/AE2-0,079DF2+0,061ASC-0,079ACE-0,0526Cf--0,095CDE) / (0,649+0,126A+0,1386+0,143D+0,134£2+0,0ó2SC+ + 0,082BD-0,08CE+0,09AE2+0,051ASC-0,058ACE-0,071CDE)
Rqu/Rq2l (1,065+0,146A+0,221B+0,22D+0,1068C+0,094BD-0,08£E+0,076CD--0,125CE+0,189/AE2-0,092ACE-0,09BCE-0,131CDE) / (0,845+0,159A+ +0,186B+0,191D+0,168E2+0,075BC+0,103BD-0,095CE+0,117AE2+ +0,056ABC-0,073ACE-0,081CDE)
Rzu / Rz2x (6,182+0,856A+1,255B+l,256D-0,343E+0,811E2+0,531BC+0,668BD--0,64BE-0,85CE+1,017AE2+0,405ABC-0,358ABE-0,51ACE-0,369BCE--0.797CDE) / exp(l,216+0,lóB+0,178D-0,0ó6E+0,192E2-0,085/4C+ +0,117BC-0,09CE+0,215/\E2)
Rmaxu / Rmax2] (2,69+0,269B+0,25D+0,187E2+0,098AE+0,084BC+0,162BD-0,108CE+ -0,446A£2-0,094AD£-0,129CDE)2/ exp(l,55+0,141A+0,157B+0,286D+ +0,132E2+0,118BC-0,079CE+0,26AE2-0,134DE2)
Smu / Sm2] (8129,908+ 469,8416+836,584СЧ1137,379E+860,304AB+491,498AD+ +494,013BD+610,361ABE]0,45/ (357,88 + 18,333AB+23,292CE2)
На рис. 1 представлено влияние жесткостей детали Ei и Е2, изменяемых соответственно в направлении изучаемых параметров шероховатости по результатам наблюдений (Ra[{, Ra22) и прогнозирования (Rau, Ra22) при черновом шлифовании стали ВНС-2 на режиме: A=B=C=D= +1,00. Как видно из рис. 1,а, увеличение поперечной жесткости детали Ех е [-1,00; +1,00] ведет к снижению высотного параметра (.Ran, Rau). При этом обеспечивается хорошее совпадение результатов эксперимента Rau и прогнозирования Rau с использованием полученной модели I ДА. Еще более точное сближение значений высотного параметра достигнуто на этапе чистового шлифования (рис. 1,6) при варьировании продольной жесткости детали Е2 е [-1,00; +1,00], особенно на концах закрытого интервала, Однако в данном случае оказалось, что увеличение жесткости детали оказывает благоприятное воздействие на микрорельеф поверхности не во всем диапазоне варьирования, а только при Е2 > 0,00. При чистовом
шлифовании стали ВНС-2 (Д=С=0=-1,00) влияние жесткости Е2 на параметр RaT¿ отличается от чернового этапа обработки детали (рис. 2).
Как видно из рис. 2, в данном случае минимум значений параметра Rar, обеспечивается при среднем значении жесткости детали Е2 = 0,00 и минимальной поперечной подаче В = -1,00. Увеличение поперечной подачи наиболее значимо вызывает рост параметра Ra22 при минимальной жесткости детали. В то же время при наибольшей жесткости заготовки увеличение фактора В практически не оказывает изменений средней Ra22, о чем свидетельствуют изолинии, расположенные практически параллельно координатной оси В .
Таблица 3
Модели I ДА для прогнозирования микрорельефа и погрешностей формы поверхности при переменной
продольной жесткости детали (д = 2)
Параметр Регрессия j) 2., мкм
Ran i Ra22 (0,978+0,458A+0,1958 + 0,263C+0,171D+0,088AD+0,113/4£+0,2028C--0,1258D-0,204S£+0,083CD-0,158C£-0,1238£2-0,28C£2-0,135D£2+ +0 Д03А8С-0 Д 62AB£-0,185AC£+0,0868С£) / (0,797 + 0,25А+0Д12В+ + 0Д72С+0,135D-0,088£2-0,064AD+0,0818С-0,095В£-0,148С£2--0,107D£2-0,05AB£-0,0óL4C£+0,058AD£)
Rg|2 / ^22 (1,248+ 0.573Д + 0,249S+0,339C+0.293D+0,122AD+0,123/A£+0,24ÓBC--0,149BD-0,241S£+0,101CD-0,204C£-0,169S£2-0,344C£2-0;183D£2+ + 0Д23ДВС-0,191Лб£-0,227/4С£+0,0946С£) / ехр(-0,091+0,ЗШ+0Д41В+ + 0,271С+0,0530-ОД02£2-0,068АС + 0,075АО+0,108ВС-0,07680+0,113А£2--0,235C£2)
T?zI2 / RZ22 (7,52 + 3,051A +1,3848+1,696C+1,4880-0,711£2+0,774AD+1,179BC--0,739BD4,331Sf+0,50óCD-0,8C£-0,839B£2-l,ó22C£2-0,884D£2+ +G,524ABC-l,017AB£-l,ió4ACE+0,512AO£+0,31480£) / (0,489--0,065A-0,0368-0,064C+0,Q38£2-0,024AO-0,02BC+0,0178D-0,044A£2+ +0,052C£2)'2
Rmax] 2 i Rmax n (9,183 + 3,732A + 1,7418+2,069C+l,768O-0,772£2 + 0,952AO+l,5ó28C--l,1048D-l,4258£+0,625CD-0,931C£-0,8588£2-l,729C£2-l1271D£2+ + 0,565ABC-1,352AB£-1,05AC£) / (0,434-0,066/1-0,0328-0,058C+0,027£2+ + 0,02AC-0,02AD-0,Q188C+0,01ó80-0,039A£2+0,052CE2)"2
Sm{1 ¡ Sm „ (50,688 + 2,521А-2Д25£+8,875Е2-3,278АО+6Д40А£+1,848С-8,875В£+ + 2,521C0-6,458C£+6,3750E-2,271C£2-6,646D£2-6,458AB£-7,5AC£+ + 3,167Д0Е + 7,3968C£) / (397,13-48,917A+25,458£-20,074AO+49,153A£2 + + 23,9868C£)
а)
2,0
§ 1.8 Ъгг*
1, 1 >6 тМ
^ 1,2 1,0 0,8
-1,0 0,0 1,0 Фактор Е
б)
Рис. 1. Влияние жесткости летали, изменяемой в направлении изучаемого параметра шероховатости Rü,, (а) и Ra22 (6). Режим: A=B=C=D=+1,00; —^— - Rü |¡, Ra г,, прогнозируемые моделью; - Ra¡ ¡, Ra-,-), по результатам эксперимента
__ — i k.
i s- \ í 1
\ \
4 j
\ \ ¡
©
Машиноведение
Рис. 3. Влияние подач $пр и вп на средние параметра §т21 при черновом шлифовании высокожестких деталей (а) и чистовой обработке маложестких деталей (6). Режимы: а - А=С=Р=£=+1,00;6 - А=С=0=Е=-1,00
352.32
I
343.75 I
334.59
й 325 42
^ 1 316.25 СО
ю)
Машиноведение
Установлено, что при поперечном варьировании жесткости детали Ег корреляционное отношение каи / Ка22
составило 1,22-1,69, а при поперечной переменной жесткости соотношение между Каи и ка2Х снизилось до 1,24-1,25 раза.
Для повышения несущей способности поверхности необходимо снижать средние шаги неровностей [11, 12]. Сказанное, в первую очередь, относится к продольным средним шагам неровностей, которые превышают поперечные до
8-9 раз. По этой причине изучены закономерности варьирования средней параметра §т21 при одновременном изменении продольной и поперечной подач (рис,3,а,б). Из рис.3,а видно, что при черновом шлифовании высокожестких деталей возможны два варианта снижения параметра Зт2]: А= + 1,00; 8=+ 1,00 и А= + 1,00; В=-1,00. При первом
варианте обработки обеспечивается уменьшение параметра >5>т21 до 362,84 мкм, а при втором варианте шлифования он получается незначительно больше.
Самые неблагоприятные условия абразивной обработки имеем: при Л=-1,00; В=-1,00 и Д= + 1,00; 6=+ 1,00. При чистовом шлифовании маложестких деталей [Е} =-1,00) рекомендуемые режимы следует изменить (рис. 3,6): Л=-1,00; В= + 1,00 или -+1,00; В=-1,00. При этом второй режим обеспечивает более высокую производительность процесса по сравнению с первым (см, табл. 1). На рекомендуемых режимах чистового шлифования получаем
большее снижение минимальных шагов 8тп , чем при черновой обработке высокожестких деталей.
Выводы
1. Использование плана 24 З1, в котором жесткость детали поддерживалась на трех уровнях, позволило выявить ее влияние для всех случаев шлифования, Однако ее роль в формировании микрорельефа неоднозначна и не всегда снижение податливости заготовки ведет к улучшению качества шлифования,
2. Полученные модели I ДА позволили изучить особенности плоского шлифования деталей из стали 08Х15Н5Д2Т кругами 25А25ПСМ2 10К5/КФ40 высокой пористости. Одновременно разработана информационная база данных, которую можно использовать в условиях АСТП производства, а также при отладке шлифованных операций на станках с ЧПУ.
Библиографический список
1, Попо8 С.А., Ананьян Р.В, Шлифование высокопористыми кругами. - М: Машиностроение, 1980, - 80 с.
2, Дуличенко И,В, Управление технологическими характеристиками процесса шлифования высокопористым абразивным инструментом: Автореф. дис, ... канд, техн, наук (05,03.01), - Волгоград: ВолгГТУ, 2006. - 15с.
3, Кендалл М., Стюарт А. Многомерный статический анализ и временные ряды, - М,: Наука, 1976, - 736 с.
4, Солер Я,И,, Казимиров Д.Ю. Стратегия плоского шлифования деталей переменной жесткости // Металлообработка, - 2006, - №1(31), - С,2 - 7.
5, Солер Я,И,, Казимиров Д.Ю. Регулирование микрогеометрии поверхности при плоском чистовом шлифовании быстрорежущего инструмента II Вестник ИРО АН ВШ, - 2005, - №2 (7), - С.129 - 139,
6, Солер Я,И., Казимиров Д.Ю, Прогнозирование погрешностей формы плоских из высокопрочной стали 40ХН2СМА - ВД при нелинейной параметризации их жесткости II Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Сб. статей МНТК «Шлифабразив - 2006». - Волжский: ВИСТех, 2006, - С, 17 - 20,
7, Солер Я,И,, Гайсин С.Н., Казимиров Д.Ю. Статистические модели микрогеометрии поверхности при плоском шлифовании абразивными высокопористыми кругами деталей переменной жесткости из стали 12Х18Н10ТII Металлообработка. - 2005, -N23(27). -С,12 - 16.
8, Солер Я,И,, Казимиров Д,Ю, Прокопьева А.В, Автоматизация поиска моделей микрорельефа при шлифовании плоских поверхностей быстрорежущего инструмента II Вестник ИРО АН ВШ, 2006, - №2 (9), - С,133 - 142,
9, Солер Я,И., Казимиров Д,Ю. Прогнозирование опорной площади микрорельефа деталей переменной жесткости при плоском шлифовании II Проблемы машиностроения и надежности машин, - 2006. - №3, - С,69 - 75.
10, Закс Ш, Теория статических выводов, - М,: Мир, 1975, - 776 с,
11, Суслов А,Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей, - М,: Машиностроение, 1987. - 208 с,
12, Суслов А,Г„ Федоров В,П., Горленко О,А. и др. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений, - М.: Машиностроение, 2006, - 448с.
