Прогнозирование макрогеометрии при маятниковом плоском шлифовании закаленных деталей 30хгса различной конфигурации

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МАКРОГЕОМЕТРИИ ПРИ МАЯТНИКОВОМ ПЛОСКОМ ШЛИФОВАНИИ ЗАКАЛЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ 30ХГСА РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

Нгуен Ван Ле, Нго Као Кыонг, Фунг Ван Туен, Фан Ван Дык

Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск

Научный руководитель -

Точность формы оказывает непосредственное влияние на пространственное расположение деталей, трудоемкость и точность сборки соединений и машин. Конфигурация контура плоских деталей чаще всего включает прямолинейные и радиусные участки. При разработке технологических рекомендаций на это не обращают внимания и только учитывают габаритные размеры шлифуемой детали. Данное исследование посвящено решению данной проблемы.

Опыты выполнены при следующих неизменных условиях: плоскошлифовальный станок модели 3Г71; материал детали - 30ХГСА (ϭв= МПа); круги тип 1 (01*) с размерами 250×20×76 по ГОСТ Р 52* - аналогичная форма прямого профиля по классификации фирмы Norton); технологические параметры - скорость резания vк=35 м/с, продольная подача sпр=7 м/мин, поперечная подача sп=1 мм/дв. ход, глубина резания t=0,015 мм, операционный припуск z=0,15 мм; СОЖ - 5%-ная эмульсия Аквол - 6 (ТУ 43-98), подаваемая поливом на заготовку в количестве 7-10 л/мин; число параллельных опытов n=30. Переменные условия шлифования отражены кодом «ijv», который удобен при формализованной записи выходных параметров процесса. Здесь - форма и размеры образцов: 1 - круглые диаметрам D=40 мм и высотой H=40 мм; 2 - квадратные с размерами 40×40 мм и высотой Н=40 мм. Все образцы шлифуются по торцам. Индекс отражает характеристики кругов: 1 - 34A F60 L6V5; 2 - 5NQ 46 I6VS3, в котором к традиционному оксиду алюминия добавлены зерна Norton Quantun (NQ) в равном соотношении.

Рис.1 Схема измерения отклонений от прямолинейности в плоскости на круглых образцах

Отклонения от прямолинейности измерены с помощью микрокатора 2-ИПМ (ТУ 9) с ценой деления 1 мкм, которые вели в полярной системе координат через 300 в 12-ти сечениях по контуру. Пример измерения для круглых заготовок приведен на рисунке. Реальное расположение поверхности относительно начала координат ρ=0 может оказаться выше (+Δ90, 1) или ниже (-Δ270, 1), которые по ГОСТ именуются соответственно ее вогнутостью и выпуклостью. Индекс «1» указывает на то, что в данном исследовании отклонения даны только по контуру заготовки. Полученная информация по частным видам отклонений от прямолинейности полезна, в частности, для повышения точности сборки соединений. С учетом переменных условий эксперимента погрешности формы, представленные на рисунке, преобразованы к виду , , , .

В рамках данного исследования предстоит оценить влияние формы контура деталей на макроотклонения, поэтому для поиска поправочных коэффициентов измеренные отклонения представим вещественными переменными, которые будут характеризовать отклонения от прямолинейности в плоскости:

* при одноименных частных видах отклонений в интервале для фиксированного параллельного опыта v [1]:

, (1)

* при разноименных частных видах отклонений при тех условиях

(2)

где - модуль измеренного отклонения

- модуль наибольшего отклонения противоположного знака из интервала .

Отклонения (1), (2) суммируются по и осредняются с получением EFLij•(φ,1) по всем . Наибольшая из полученных величин по ГОСТ принимается в качестве отклонения от плоскостности EFEij = (EFLij•(φ,1))max.

Режущие способности шлифовальных кругов (ШК) не представляется возможным охарактеризовать некоторой детерминированной константой, как при лезвийной обработке резанием. Сказанное обусловлено тем, что абразивные зерна характеризуются разнообразной формой, неориентированным закреплением в черепке ШК. Эти явления вызывают значимое рассеяние углов резания, колебания количества зерен на единицу площади, участвующих в срезании микростружек. Перечисленные явления носят случайный характер, что предопределяет целесообразность привлечения статистическо-вероятностных подходов к изучению макрогеометрии поверхности деталей. Экспериментальные данные представим независимыми множествами:

{yijv}, , , . (3)

Теоретическая статистика позволяет интерпретацию (3) выполнять с применением параметрического и непараметрического методов. Каждый из них имеет «свое поле» наиболее эффективного применения [3, 4]. Для первого направления в статистике необходимо, чтобы (3) обладали свойствами гомоскедастичности (однородности дисперсий) и нормальности распределений. Особо строгое требование предъявляется к однородности дисперсий, поскольку они участвуют в расчете средних сумм квадратов. В условиях эксперимента оказалось, что (3) не удовлетворяют указанным ограничениям, поэтому воспользовались вторым направлением в статистике. Оно не использует свойства конкретных семейств распределений, т. к. в расчетах фигурируют средние ранговые суммы. По этой причине статистические гипотезы, принятые ранговыми статистиками, рассматриваем основными, а параметрическим методом - справочными, которые данны для оценки их степени эффективности «на чужом поле».

Характеристиками одномерного распределения частот для (1) служат меры положения (опорные значения) [2, 3] ГОСТ Р ИСО : для первого направления - средние , для второго направления - медианы . При различии между и форма кривой распределения (3) характеризуется асимметрией (скошенностью), которая оценивается из выражения при одноименных i и j.

, . (4)

Когда , то по (4) получаем асимметрию отрицательной, т. е. с удлиненной левой ветвью, а в противном случае - положительную. С позиций точности формы деталей второй вариант прогнозирует снижение отклонений от плоскостности.

Методики выбора статистического метода и последующего поиска ожидаемых средних и медиан , подробно рассмотрены в работах [4]-[6]. В рамках проводимого исследования констатируем, что процедура статистической интерпретации (3) включает два последовательно выполняемых этапа: одномерный дисперсионный анализ (ОДА) на предмет установления значимого различия между уровнями мер положения; а затем их множественный анализ, завершающийся поиском ожидаемых аналогов. При наличии двух уровней выходных параметров процесса () формально достаточно провести только первую процедуру. На практике встречаются некоторые несоответствия оценок на первом и втором этапах анализа (3), учитывая вероятностный характер принимаемых гипотез. По этой причине обе процедуры были проведены в полном объеме и результаты 2-го этапа приняты как окончательные. Статистические расчеты связаны с большим объемом вычислений и проведены в программой среде Statistica 6.1.478.0.

С учетом цели поставленного исследования введем поправочные коэффициенты, учитывающие влияние радиусных участков заготовки (i=1) на меру положения относительно деталей квадратной формы (i=2), принятой за базовую, при последовательной смене кругов :

, (5)

, (6)

Если по (5), (6) предсказаны: , то мера положения для круглой заготовки больше, чем у квадратной. В связи с этим при шлифовании на станках ЧПУ требуется корректировка технологических параметров процесса для поддержания заданной точности формы на всех участках заготовок.

Таблица 1

Влияние формы детали на отклонения от плоскостности

Параметр	Круглая (i=1)	Квадратная (i=2)	(5)	(6)
1.  Круг 34А F60 L6V5 (j=1)
EFEi1(1)	11,17(7)	11,50(7)	7,02(6)	7,50(6)	1,59	1,53
2.  Круг 5NQ 46 I 6VS3 (j=2)
EFEi2(1)	8,50(6)	9,00(6)	6,25(6)	5,00(5)	1,36	1,80
Примечание. В скобках указаны допуски TFE отклонений от плоскостности по ГОСТ

В таблице представлено влияние формы контура используемой поверхности на отклонения от плоскостности. Установлено, что на радиусных участках i=1 возрастает погрешность формы: в 1,59-1,53 раза при работе кругами 34А F60 L6V5 и в 1,36-1,8 раза для кругов 5NQ (j=2). Левые границы указанных интервалов соответствуют параметрической оценке, а правые - ранговым статистикам, которые в условиях эксперимента признаны наиболее достоверными. В обоих случаях практически имеем увеличение поля допуска на один квалитет.

Шлифование плоских деталей из закаленной стали 30ХГСА следует вести кругами 5NQ 46 I6VS3, которые по сравнению с инструментами из хромистового электрокорунда снижают отклонения от плоскостности: в 1,3 раза на криволинейном контуре и в 1,5 раза на прямолинейных участках.

Выводы

1. Показана целесообразность привлечения непараметрического метода для интерпретации наблюдений при маятниковом шлифовании закаленных деталей 30ХГСА, имеющих прямолинейный и радиусный контуры плоских поверхностей.

2. Оценку режущих способностей кругов следует вести по наибольшим величинам отклонений от плоскостности EFEмах.

3. Установлено, что при переходе с прямолинейного контура на радиусный возрастают отклонения от плоскостности от 1,5 до 2 раз или снижается точность формы на один квалитет. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости корректировки технологических параметров при шлифовании радиусных участков на станках с ЧПУ.

4. Маятниковое шлифование плоских деталей из закаленной стали 30ХГСА следует вести кругами 5NQ 46 I6VS3, которые по сравнению с инструментами из хромистового электрокорунда повышают точность формы: в 1,3 раза на криволинейном контуре и в 1,5 раза на прямолинейных участках.

Список литературы

1. , Нгуен Ван Ле. Прогнозирование точности формы плоских деталей из закаленных сталей при маятниковом шлифовании периферией абразивного круга // Международный научно-исследовательский журнал, 2013. № 12(19). - Ч.1. - С.128-134.

2. Статистическое оценивание /пер. с нем. - М. Статистика,19с.

3. / пер. с англ. – Финансы и статистика, 19с.

4. Soler Ya. I., Kazimirov D. Yu. Selecting abrasive wheels for the plane grinding of airplane parts of the basis surface roughness// Russian engineering research, 2010, vol.30, No.3, pp. 251-261.

5. Soler Ya. I., Lgalov V. V. Predicting the surface microrelief of press mold components in abrasive grinding// Russian engineering research, 2013, vol.33, No.4, pp.229-235.

6. Soler Ya. I, Prokop’eva A. V. More precise geometric prediction of high-speed plates for composite tools in boron-nitride grinding// Russian engineering research, 2011, vol.33, No.8, pp. 800-811.