close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оценка режущих свойств кругов нового поколения «Аэробор» по критерию шероховатости при шлифовании плоских деталей основного и вспомогательного производств самолетостроительных предприятий..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
поэтому актуальной является разработка модели одновременной штамповки листового металла и многослойного композиционного материала.
Представленная в рамках данной статьи работа была проведена под руководством д.т.н. Андрэ
Хардтманна в рамках стажировки в Институте
станков и систем управления Дрезденского технического университета по программе развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет» на 2010–
2019 годы.
Библиографический список
1. Döbrich, Oliver; Gerenke, Thomas. Drape Simulation: TexUsers Conference, 2012.
tile Material Model for Correct Property Reproduction to Improve
2. Großmann, Knut. Prinziplösungen für die automatisierte
the Preform Development Prozess of Fiber-Reinforced StrucVerarbeitung von Hybridgarn-Textil-Thermoplast. – Göttingen:
tures. – Dearborn, Michigan USA: 12th International LS-DYNA
Cuvillier Verlag, 2011. 130 p.
УДК 621.923.1
ОЦЕНКА РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ КРУГОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ «АЭРОБОР» ПО
КРИТЕРИЮ ШЕРОХОВАТОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ ОСНОВНОГО
И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВ САМОЛЕТОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© Я.И. Солер1, А.И. Шустов2, Д.А. Филиппова3, С.А. Пронин4
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты исследования шероховатостей поверхностей деталей из высокопрочной коррозионностойкой стали 08Х15Н5Д2Т (ВНС-2) и быстрорежущих пластин Р9М4К8 при шлифовании кругами «Аэробор»,
показывающие их высокие режущие способности по мерам положения и рассеяния параметров микрорельефа.
Ил. 2. Табл. 4. Библиогр. 10 назв.
Ключевые слова: шлифование; параметры шероховатости; средняя; медиана; дисперсия.
ASSESSING CUTTING PROPERTIES OF NEW GENERATION OF “AEROBOR” GRINDING WHEELS
BY ROUGHNESS CRITERION UNDER FLAT PART GRINDING AT MAIN AND AUXILIARY PRODUCTION
OF AIRCRAFT MANUFACTURE
Ya.I. Soler, A.I. Shustov, D.A. Filippova, S.A. Pronin
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The article provides the results of studying surface roughness of parts made of high strength corrosion resistant steel
08Х15Н5Д2Т (ВНС-2) and HSS plates Р9М4К8 under grinding by “Aerobor” wheels. The results demonstrate their high
cutting properties by the measures of position and scattering of microrelief parameters.
2 figures. 4 tables. 10 sources.
Key words: grinding; roughness parameters; average (mean); median; dispersion.
При шлифовании наиболее слабым звеном в технологической системе, ограничивающим производительность обработки и качество деталей машин, является абразивный инструмент. На решение этой
проблемы направлены усилия многих научных центров. Большие успехи в этом направлении достигнуты
благодаря новым технологиям производства абразивных и сверхтвердых синтетических материалов, обладающих повышенными режущими свойствами [1].
Подтверждением сказанному служат высокопористые
круги (ВПК) «Аэробор», промышленное производство
которых освоено на абразивном заводе «Ильич»
(г. Санкт-Петербург). В них используются зерна из
кубического нитрида бора (КНБ) повышенной прочности: ЛКВ40, ЛКВ50 и ЛКВ60 – и высокопористые структуры с номерами 10, 12 и более, что в совокупности
позволяет снизить тепловое воздействие абразивного
инструмента на деталь. Достоинства кругов «Аэробор» в наибольшей мере проявляются при шлифовании жаропрочных сплавов, нержавеющих сталей, отличающихся высокой вязкостью и пластичностью.
Стружки таких материалов имеют большие размеры,
поэтому обычные абразивные круги быстро «засаливаются», что приводит к потере их режущих свойств.
___________________________
1
Солер Яков Иосифович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, тел.: (3952) 455459,
e-mail: solera@istu.irk.ru
Soler Yakov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering, tel.: (3952) 455459,
e-mail: solera@istu.irk.ru
2
Шустов Андрей Иванович, студент, тел.: 89041541717, e-mail: andre-patronum@mail.ru
Shustov Andrei, Student, tel.: 89041541717, e-mail: andre-patronum@mail.ru
3
Филиппова Дарья Александровна, студентка, тел.: 89500705690, e-mail: dashunka-f@yandex.ru
Filippova Darya, Student, tel.: 89500705690, e-mail: dashunka-f@yandex.ru
4
Пронин Сергей Александрович, студент, тел.: 89501256379, e-mail: gimler666@yandex.ru
Pronin Sergey, Student, tel.: 89501256379, e-mail: gimler666@yandex.ru
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
43
Механика и машиностроение
Сказанное также важно при шлифовании сложнолегированных инструментальных сталей, весьма чувствительных к тепловому воздействию. По этой причине в
поверхностном слое могут возникнуть структурные
дефекты и даже трещины [2]. Технологические возможности кругов «Аэробор» до сих пор исследованы
крайне поверхностно, что препятствует их более широкому внедрению на производстве.
Статистические методы интерпретации
экспериментальных данных
Топография поверхности – наиважнейший показатель, формирующий качество изготовления деталей
машин и соединений. Гипотетически средняя высота
профиля шероховатости без учета весовых коэффициентов представляется выражением [3]:
представляющие собой множества
го с равным числом элементов v  1;n. В условиях
эксперимента выбрано n = 30.
Статистические методы принято классифицировать на две группы: параметрические и непараметрические, каждая из которых «на своем поле» обладает
большей надежностью принятия нуль-гипотезы (H0).
Для представления (2) используют параметры однородного распределения частот [4–6]:
 меры положения (опорные значения по ГОСТ
Р ИСО 5721-1-2002)
для параметрического метода – средние
ye  ye ,
4
Rz   hm ,
где h1 – составляющая профиля, обусловленная геометрией и кинематикой перемещения режущей части
инструмента; h2 – составляющая профиля, на формирование которой оказывают влияние колебания инструмента относительно обрабатываемой поверхности; h3 – составляющая микронеровностей, образуемая пластическим деформированием в зоне контакта
инструмента с заготовкой; h4 – составляющая профиля шероховатости рабочих поверхностей инструмента
(«слепок» в виде остаточных гребешков, копирующих
его режущую часть).
В работе Суслова А.Г. [3] элементарные составляющие шероховатости hm, m  1;4 в (1) представлены систематическими величинами. Сказанное в
полной мере относится к лезвийной обработке заготовок. В условиях шлифования профиль шероховатости
формируется под воздействием большого числа активных режущих кромок зерен, проходящих в одном и
том же сечении. При этом следует иметь в виду, что
зерна характеризуются случайной геометрической
формой, хаотическим расположением на режущей
поверхности ВПК и разновысотностью как в радиальном, так и в осевом направлениях. Сказанное усугубляется многопроходностью маятникового шлифования. Режущие кромки этих зерен, перемещаясь с
большой скоростью относительно заготовки, прежде
всего, оказывают влияние в (1) на составляющие h1 и
h3. Таким образом, ряд наиважнейших показателей
процесса, а именно: углы резания зерен, толщины
среза каждой режущей кромкой, их суммарное количество, участвующее в работе, – следует рассматривать случайными величинами (СВ). Это обуславливает целесообразность вероятностно-статистического
подхода к изучению выходных параметров шлифования и, в частности, микрорельефа поверхности детали. Для ускорения рутинных вычислений и снижения
риска ошибок в расчетах привлечена программа Statistica 6.1.478.0.
Прикладная статистика позволяет оценивать последовательности вида
yev ,
(2)
44
(3)
(1)
m 1
 
e  1; k чаще все-
для непараметрического метода – медианы
~y ;
e
(4)
 меры рассеяния (прецизионность по ГОСТ Р
ИСО 5721-1-2002), характеризующие стабильность
процесса стандарты отклонений SDe (дисперсии
SDe2 ), размахи Re   ymax  ymin e – для парамет-
рического
метода;
интерквартильные
широты
y0 ,75  y0 ,25 – для непараметрических статистик;
e
 меры формы распределений, в частности
асимметрию (скошенность), приближенно представляемую выражением
ASe  3 y  ~
y  / SD e .
(5)
Из (5) видно, что AS является положительной веye  ye . В противном случае асимличиной, когда ~
метрия считается отрицательной. При AS > 0 распределение (2) характеризуется удлиненной правой ветвью (правосторонняя асимметрия). Когда удлинена
левая ветвь, то имеет место левосторонняя асимметрия.
В (3) индекс «•» свидетельствует о том, что по eым выборкам (2) дано среднее параллельных опытов
v  1; n . Использование этого приема позволяет в
выходном параметре процесса адресно указать, по
каким конкретным входным параметрам проведено
осреднение, если их не менее двух. Так, запись y.. в
(3) свидетельствует о том, что все множества
e  1; k извлечены из одной генеральной совокупности и представлены общей средней.
Для параметрических статистик «своим полем» [6]
приняты условия, при которых (2) характеризуются
нормальным распределением с однородными дисперсиями отклонений. При этом их критерии робастны к
незначительным нарушениям закона распределения
СВ, чего нельзя допустить относительно однородно-
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
Механика и машиностроение
сти дисперсий отклонений. На практике пренебрежение законом распределения (2) может привести к принятию неверной гипотезы, поскольку предельно допустимые величины отклонений нигде не оговорены.
Непараметрический метод не связан с каким-либо
семейством распределений и не использует его свойства, поэтому в данном случае он обладает большей
мощностью по отношению к параметрическому методу.
Для подтверждения гипотезы Ho о нормальном
распределении непрерывных СВ можно воспользоваться статистиками Колмогорова-Смирнова (D) и
Шапиро-Уилка (W). Критерий D до сих пор широко используется в технических приложениях. Однако нами
выявлена слабая мощность этого критерия [7]. В данном исследовании пользовались только статистикой
W, для которой условием принятия Ho служит неравенство
  0,5.
(6)
Для оценки однородности дисперсий привлечены
тесты ( q  1;3 ): 1 – Хартли, Кохрена и Бартлетта,
представленные в программе одной группой; 2 – Левена; 3 – Брауна-Форсайта, которые должны удовлетворять неравенству
  0,05,
(7)
где α – надежность принятия Ho.
Вероятностный характер гипотез не исключает того, что отдельные решения f, принятые по критериям
q  1;3 , могут не совпадать. По этой причине окончательные результаты по гомогенности (Ho) и неоднородности (H1) дисперсий отклонений приняты из следующих соображений:
Ho при fo  [2;3];
(8)
H1 при f1  [2;3],
(9)
где решению присвоен индекс принятой гипотезы.
Для обоих методов статистик интерпретация (2)
при K ≥ 3 проводится в два последовательно выполняемых этапа. Первоначально выявляется факт существования значимой изменчивости уровней откликов
(3), (4) без поименного их выявления. В случае положительного решения проводится их множественный
анализ с предсказанием ожидаемых величин ŷe и
myˆ e , e  1; k . Подробно обе процедуры представлены в [8,9]. В данном исследовании, как будет изложено ниже, при неизменном материале детали число
анализируемых ситуаций e = 2. Это позволяло ограничиться результатами одномерного дисперсионного
анализа (ОДА). Однако нами был реализован и второй
этап с целью повышения надежности принятых гипотез.
Для количественной оценки стабильности процесса воспользуемся индексом воспроизводимости Cp
(ГОСТ Р 50779.44 – 2001), который для конкретного
множества
e  1; k представляется выражением
CPe  USL  LSLe / 6 e ,
(10)
где USLe, LSLe – соответственно наибольшее и
наименьшее предельные отклонения e-ой последовательности (2),  e – ее теоретический стандарт отклонения.
На практике
e
в (10) заменяют выборочным
стандартом отклонений SDe. Тогда (10) преобразуется
к виду [5]:
PPe  USL  LSL e / 6  SDe ,
(11)


а величину PPe именуют индексом работоспособности
(возможностей).
Эффективность непараметрического метода по
мерам положения (2) оцениваем медианными коэффициентами при одноименных
по опытным величинам
e  1; k :
K M e  ~y / y e ,
по их ожидаемым аналогам
Kˆ   myˆ / yˆ  .
M e
e
(12)
Поиск медианных коэффициентов необходим для
уточнения вариаций откликов, предсказанных моделями множественного ДА, математический аппарат
которых базируется на параметрических статистиках.
Для альтернативного метода эта часть теории эксперимента отсутствует.
При количестве анализируемых ситуаций e =2 при
значимой разности ожидаемые и опытные меры положения совпадают. Это позволило ограничиться рассмотрением медианных коэффициентов только по
(12). Из сопоставления (5) и (12) очевидно, что при
(KM)e > 1,0 распределение (2) становится левосторонним (эксцесс отрицательный), а при (KM)e < 1,0 – правосторонним (ASe > 0).
Методика эксперимента
Опыты вели при следующих условиях: плоскошлифовальный станок модели 3Г71М; эльборовые
ВПК 1А1 200×20×76×5 ЛКВ50 160/125 СТ1 10
КС10 100/КФ40 («Аэробор»); схема шлифования –
периферией круга без выхаживающих проходов; технологические параметры – скорость круга vк = 28 м/с,
продольная подача sпр = 6 м/мин, поперечная подача
sп = 4 мм/дв.ход, глубина резания ti ( i  1;2 ) в мм: 1 –
0,005 и 2 – 0,01, операционный припуск z = 0,1 мм.
СОЖ – 5%-ная эмульсия Аквол-6 (ТУ 0258-02400148843-98), подаваемая поливом на деталь с расходом 7–10 л/мин. Опускание круга на глубину t вели в
момент, когда стол с деталью находится в крайнем
левом положении относительно оператора, поэтому
его движение слева направо считаем рабочим, а обратное – выхаживающим с окончательным формированием микрорельефа поверхности детали по схеме
попутного шлифования, поскольку круг имеет враще-
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
45
Механика и машиностроение
ние по часовой стрелке. Натурный эксперимент реализован на образцах с размерами D×L = 36×30 мм,
которые крепили непосредственно на магнитном столе станка. Обрабатываемой поверхностью служил
p d2 j

p d1 j
SD d1 j
,
SD d 2 j
(14)
где (13) характеризует изменение меры положения, а
(14) – стабильности процесса. При (KSD)dj < 1,0 стабильность шлифования при глубине t1 = 0,005 мм
предсказана выше, чем при t2 = 0,01 мм; в альтернативном случае – ниже.
При переменных j  [1;2], d = i = const в (13), (14)
анализируем роль марки стали, а при d  [1;2], i = j =
const – различия, обусловленные направлением измерения шероховатостей. В качестве точки отсчета
приняты j = d = 1.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ результатов, представленных в табл.1,
свидетельствует о том, что в полном объеме (5), (6) не
выполнены ни для одной целевой функции ydij, d = i = j
торец заготовок ( j  1;2 ): 1 – из быстрорежущей
стали Р9М4К8 (65-67 HRC) и 2 – коррозионно-стойкой
стали 08Х15Н5Д2Т (ВНС-2) с механическими свойствами:  В = 1350 МПа,  = 12%, E = 220 ГПа [10].
Шероховатость поверхности оценивали параметрами (ГОСТ 25142-82) Ra, Rq, Rz, Rmax, Sm в двух взаимно ортогональных направлениях, совпадающих с
векторами подач ( d  1;2 ): Ra1, Rmax1 и т.д. – sп; Ra2,
Rmax2 и т.д. – sпр. Параметры микрорельефа измерены
на профилометре «Surtronic – 3» (Англия). Выходные
параметры процесса в общем виде представлены ydijv,
v  1;30 , d  i  j  1;2 , где индексы «dij» заме-
= ( 1;2 ). Как известно из теоретической статистики [5],
параметрические методы накладывают наиболее
строгие ограничения на гомоскедастичность распределений (2), т.е. на однородность дисперсий. Идеально это требование выполнено при шлифовании БП.
При
этом
только
для
параметров
нили e  1; k в (2), информативно отразив переменные условия эксперимента.
Для оценки влияния глубины резания ti, i  1;2 ,
на качество деталей за базовую величину принята ti =
0,005 мм, относительно которой введены поправочные
коэффициенты на припуск, снимаемый за один проход
при фиксированных
P 
P 
K SD dj 
Ra 2ij , j  1;2, Rq 2i 2 , i  1;2 , гипотезы H0 и H1 соот-
d  j  1;2 :
ветственно приняты не по трем, а по двум тестам. В
то же время распределения
Kdj  myˆ d 2 j / myˆ d1 j ,
(13)
ydi1, d = i = 1;2 , прак-
тически полностью не аппроксимируются кривой Гаусса.
Таблица 1
Результаты проверки (2) на гомоскедастичность и нормальность распределений
Материал детали (j = 1;2 )
Р9М4К8 (j = 1)
Параметры
08Х15Н5Д2Т (j = 2)
Выполнение неравенств
(6) при ti, i =
i=1
(7) – (9)
1;2
(7) – (9)
i=2
(6) при ti, i = 1;2
i=1
i=2
Ra1ij
H0
-
-
H0
-
+
Rq1ij
H0
-
-
H0
-
+
Rz1ij
H0
-
+
H0
+
-
Rmax 1ij
H0
-
-
H0
+
-
Sm1ij
H0
-
+
H1
+
+
Ra 2ij
H
**
0
-
-
H
**
0
-
-
Rq 2ij
H0
-
-
H1**
-
-
Rz 2ij
H0
-
-
H0
-
+
Rmax 2ij
H0
-
-
H1
-
+
S m 2ij
H0
-
-
H1
-
+
Выполнение (6), (7)
10
0
2
6
3
6
Примечание: «**» – решения
H
**
0 ,
H
**
1
приняты по двум критериям; «+,-» – соответственно выполнение и отклонение от
нормальности распределения (2).
46
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
Механика и машиностроение
Обеспечение (6) возросло до 50%, но одновременно снизилась вероятность принятия H0 относительно гомогенности дисперсий. Касаясь шлифования
раметрического (б) методов статистики для поперечного параметра шероховатости Ra1ij при переменных
деталей из сталей j =
i=j=
1;2 , следует выделить: нару-
шение однородности SD d  j , d = j = 1;2 , чаще отме2
чено в продольном сечении поверхности (d = 2); гетероскедастичность распределений (2) возрастает при
шлифовании с малой глубиной резания t1=0,005 мм,
что обусловлено высокими режущими способностями
кругов «Аэробор» и последующим снижением упругого
натяга в звене «изделие-режущий инструмент» при
многопроходном съеме операционного припуска. Изложенное позволило отдать предпочтение статистическим решениям, используемым непараметрическим
методом по ранговым критериями Краскелла-Уоллиса
и Данна [7].
Рис. 1,2 иллюстрируют результаты обработки
наблюдений (2) на базе параметрического (а) и непа-
1;2 . На описательных статистиках «квадратом»
~
представлены меры положения: Ra1ij по (3) и Ra1ij по
(4). В остальных случаях одинаковые обозначения
несут различную смысловую нагрузку. На рис 1,а и 2,а
«прямоугольником» выделены границы рассеяния
стандартов ошибки (±SDE1ij), а «усиками» – стандартов отклонений (±SD1ij), охватывающих 68,27% выборки. На рис. 1,б и 2,б в первом случае отражены интерквартильные широты
50%
наблюдений
y0,75  y0, 25 1ij , включающие
(2),
во
втором
–
размахи
R1ij  ymax  ymin 1ij . Представленная информация
на рис. 1,б и 2,б наглядно характеризует меру формы
распределения. Первоначально проанализируем
а)
б)
Рис.1. Описательные параметрические (а) и непараметрические (б) статистики влияния глубины
резания на параметр
Ra1
при шлифовании стали Р9М4К8
а)
б)
Рис.2. Описательные параметрические (а) и непараметрические (б) статистики влияния глубины резания на параметр
Ra1
при шлифовании стали 08Х15Н5Д2Т
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
47
Механика и машиностроение
опытные опорные значения:
 
0,350,4 
R 0,3150,32 
0,360,4 
Ra1110,239 0,25*
и
R
и
 ;
и
  – для БП;
и
R
 ;
  – для стальных деталей. В скобках
~
Ra1110,24 0,25*
~
Ra1210,36 0,4*
~
Ra1120,32 0,32*
~
Ra1220,37 0,4*
*
a121
*
a112
*
a122
«*» указаны категориальные величины (КВ) по ГОСТ
2789-73, регламентирующие состояние микрорельефа
поверхности. Приведенная информация свидетельствует о том, что рассеяние медиан (4) относительно
средних (3) при переменных процесса (ij) находится в
лении
A
A
Sdij
снижения
средних:
 6 – при sП = 0,005 мм/дв.ход и
Sd 2 j
тельно
относительных
 11 – при sП = 0,01 мм/дв.ход – относиобщего
число
испытаний
N  5  d  i  j  5  2  2  2  40, где 5 – количество
целевых функций при фиксированном d.
Выявлено, что меры смещения распределений (2)
коррелированы с материалом деталей:
A
Sdi1
0
– 7 случаев для БП и 10 результатов для деталей j =
2.
Таблица 2
ti, мм
Влияние переменных (dij) на медианный коэффициент (12) и асимметрию (5)
(KM)dij по (12) (ASdij ≥ 0)
d
(i = 1;2 )
0,005
(1)
0,010
A
Sdij
1
2
1
2
0
Р9М4К8 (j = 1)
0,95 – 1,01 (1)
0,91 – 1,00 (1)
0,97 – 1,03 (3)
0,95 – 1,01 (2)
A
Материал детали (j = 1;2 )
08Х15Н5Д2Т (j = 2)
0,97 – 1,02 (3)
0,91 – 1,05 (1)
0,95 – 1,03 (4)
0,96 – 1,01 (2)
4
2
7
4
10
17
7
Sdij
0
d, j
d ,i
пределах одной КВ. Аналогичные тенденции отмечены и по остальным изучаемым параметрам шероховатости, хотя в отдельных случаях возможно различие
прогнозируемых величин до одной КВ – например,
Rmax 1i1 , i = 1;2 (см. ниже в табл.3). Среди (2) имеют
место случаи как положительной, так и отрицательной
асимметрии, а медианный коэффициент находится в
диапазоне: 1,0 > KMdij > 1,0 (табл. 2). В скобках выделены случаи шлифования, в которых асимметрия (5)
положительная.
Размахи наблюдений в КВ составили: 4–5 – для
высотных параметров (рис.1,б и 2,б); 5–10 – для шаговых. Большие рассеяния отмечены для коррозионно-стойкой стали. С увеличением глубины резания
выявилась положительная тенденция: вероятность
неисправимого брака снижается. Так, для случая
шлифования с глубиной резания t1 = 0,005 мм количество таких деталей по параметрам Ra1 , Rmax 2 составило 19–27, а при t2 = 0,01 мм – 3–12. Представленные результаты позволяют сформулировать выводы
для условий, когда «своим полем» для (2) служат гипотезы, принятые непараметрическими критериями:
 Установлено, что для большинства параметров шероховатости, особенно при шлифовании БП из
стали Р9М4К8, распределения (2) характеризуются
отрицательной асимметрией. С позиций надежности и
долговечности машин и соединений это явление следует признать неблагоприятным как по высотным, так
и по шаговым параметрам шероховатости, поскольку
оно ведет к росту опорных значений (4) и удельных
нагрузок [3].
 Возрастание глубины резания от 0,005 до 0,01
мм усиливает тенденцию смещения медиан в направ-
48
В табл. 3 представлены ожидаемые величины по
средним, медианам, стандартам отклонений для
наиболее значимых параметров шероховатости, снижение которых при выходных переменных (i, j) ведет к
повышению надежности и долговечности машин [3]:
Ra1 , R max 1, Sm 2 ij . При этом направление измерения
параметров обусловлено их минимизацией в одном из
возможных сечений d = 1;2 , регламентирующем качество получаемой поверхности детали. Выявлено,
что стандарты отклонений для высотных параметров
шероховатости слабо коррелированы с глубиной резания, чего не скажешь относительно SD2ij, i = 1;2 .
При фиксированном j для средних шагов БП при варьировании глубины от t1 до t2 стандарт отклонения увеличился, что обусловило снижение коэффициента
KSD21 от 1,0 до 0,72. Одновременно для деталей из
стали 08Х15Н5Д2Т предсказано уменьшение стандарта SD222 при t2, что привело к росту коэффициента
KSD2i2 от 1 (i = 1) до 3,44 (i = 2) и стабильности процесса шлифования.
Установлено, что меры положения и рассеяния
для высотных параметров микрорельефа при шлифовании БП предсказаны меньше, чем для более пластичной стали ВНС-2 (табл.3). Сказанное в большей
мере относится к параметру Rmax 1 , для которого по
опорным значениям снижение ожидаемых величин
достигло одной-двух КВ. Однако по шагам Sm2 получены противоположные результаты:
mSˆ2i1  mSˆ2i 2 при
одноименных i = 1;2 . При глубине t1 = 0,005 мм различие средних шагов не выходит за пределы одной
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
Механика и машиностроение
КВ, а при t2 = 0,01 мм достигает трех КВ. Одновременно при обеих глубинах резания отмечено снижение
стандартов отклонений в распределениях (2) в 1,5–6
раз. При шлифовании стали 08Х15Н5Д2Т рост ожида-
mRˆ , mR 
емых медиан
a
max 1i 2
, i = 1;2 , по всей ви-
димости, обусловлен увеличением составляющей h3 в
(1), а уменьшение средних шагов
mSˆm 2i 2 – лучшим
гашением вибраций, обусловленным меньшим модулем упругости. Последнее ведет к снижению составляющей h2 в (1).
Представляет интерес сопоставить работоспособность ВПК «Аэробор» с нитридборовым инструментом
CBN30 160/125 СТ1 К27 100 нормальной пористости.
Это связано с тем, что порообразующие добавки в
ВПК из традиционных абразивов вызывают ухудшение
микрорельефа поверхности. Для нитридборовых инструментов аналогичная информация, по нашим сведениям, отсутствует. При шлифовании стали
08Х15Н5Д2Т кругами CBN30 нормальной пористости
получены результаты, приведенные в табл. 4.
Результаты, представленные в табл. 3, 4, позволяют констатировать, что использование ВПК «Аэробор» по сравнению с аналогичным инструментом нормальной пористости действительно ведет к возрастанию высотных параметров поверхности на одну-две
КВ. Большее различие дано для параметра Ra1i1 , что
подтвердило механику процесса шлифования тради-
ционными абразивами. Тем ни менее статистическая
обработка наблюдений выявила ряд достоинств ВПК
«Аэробор»: возрастает стабильность процесса в 1,5–
2,5 раза, снижаются размахи наблюдений от семи до
четырех КВ.
Выводы
1. Раскрыта целесообразность использования
статистических методов для оценки режущих свойств
эльборовых кругов высокой пористости с позиций
анализа наблюдений, поиска их прогнозируемых величин и стабильности обработки.
2. Оценку режущих свойств кругов «Аэробор»
вели с привлечением непараметрического метода
статистики, который в условиях эксперимента оказался «своим полем» для наблюдений (2).
3. Возможные ошибки от использования параметрических тестов в условиях нарушений гомоскедастичности и нормальности распределений
чаще всего не выходят за пределы КВ, в отдельных
случаях составляют одну КВ. Различие между средними и медианами по модулю обусловлено асимметрией распределений.
4. Установлено, что высотные параметры шероховатости при шлифовании деталей из стали
08Х15Н5D2Т превышают свои аналоги для БП на одну-две КВ, а по средним шагам неровностей, напротив, меньше до 1,5–6 раз.
5. Варьирование глубины резания от 0,005 до
0,01 мм ведет к большему возрастанию высот неровТаблица 3
Выборочные результаты прогнозирования топографии поверхности деталей
Параметры
Ra1i1
Rmax 1i1
Sm 2i1
Ra1i 2
Rmax 1i 2
Sm 2i 2
myˆ
ŷ
i = 1;2
*
1
2
1
2
1
2
0,24 (0,25 )
*
0,35 (0,40 )
*
2,01 (2,5 )
*
2,62 (3,2 )
*
294,03 (320 )
*
294,03 (320 )
1
2
1
2
1
2
0,31 (0,32 )
*
0,36 (0,40 )
*
2,68 (3,2 )
*
3,35 (4,0 )
*
275,60 (320 )
*
140,37 (160 )
*
SD
мкм
Р9М4К8 (j=1)
*
0,24 (0,25 )
*
0,36 (0,40 )
*
1,90 (2,0 )
*
2,5 (2,5 )
*
283,75(320 )
*
283,75(320 )
08Х15Н5Д2Т (j=2)
*
0,32 (0,32 )
*
0,37 (0,40 )
*
2,70 (3,2 )
*
3,30 (4,0 )
*
254,00 (320 )
*
140,50 (160 )
KM
(12)
0,0400
0,0396
0,3595
0,3524
112,2439
156,5593
1,00
1,03
0,94
0,95
0,96
0,96
0,0561
0,0557
0,6403
0,7537
75,9385
22,0493
1,03
1,03
1,00
0,98
0,92
1,00
K
(13)
KSD
(14)
1,50
1,01
1,32
1,02
1,00
0,72
1,16
1,01
1,22
0,86
0,55
3,44
Примечание. «*» – КВ по ГОСТ 2789-73
Таблица 4
Результаты ОДА при шлифовании стали 08Х15Н5Д2Т кругами CBN30 160/125 СТ1 К27 100 с глубиной
резания t2 = 0,01 мм
Параметры
y22 max
y22 min
SD22
ŷ22
мкм
Ra1i1
*
0,319 (0,32 )
0,1511
0,14 (0,16 )
Ra1i1
2,484 (2,5 )
1,1506
1,08 (1,25 )
*
*
0,59 (0,63 )
*
*
4,76 (5,0 )
*
Примечание. «*» – КВ по ГОСТ 2789-73
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
49
Механика и машиностроение
ностей при шлифовании БП.
6. При обработке больших операционных партий
режим шлифования необходимо увязывать со стабильностью процесса.
7. Установлено, что повышение пористости в
кругах «Аэробор» вызвало рост высотных параметров
микронеровностей до одной-двух КВ. Одновременно
отмечено повышение стабильности процесса в 1,5–2,5
раза и сужение размахов наблюдений от семи до четырех КВ.
Библиографический список
1. Никифоров И.П. Современные тенденции шлифования
рование микротвердости пластин Р9М4К8 при плоском
и абразивной обработки: монография. Старый Оскол: ТНТ,
шлифовании кругами «Аэробор» // Перспективные техноло2012. 560 с.
гии получения и обработки материалов: межвуз. сб.тр.; под.
2. Кремень З.И., Юрьев В.Г., Бабошкин А.Ф. Технология
ред. С.А. Зайдеса. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. С. 20-25.
шлифования в машиностроении / под общ. ред. З.И. Кремня.
8. Солер Я.И., Прокопьева А.В. Исследование влияния
СПб.: Политехника, 2007. 424 с.
выхаживания на микрорельеф пластин Р9М4К8 при шлифо3. Инженерия поверхности / Кол. авт.; под ред. А.Г. Сусловании кругами из кубического нитрида бора // Обработка
ва. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
металлов. 2009. №1 (42). С.24-27.
4. Закс Л. Статистическое оценивание / пер. с нем. М.:
9. Солер Я.И., Казимиров Д.Ю. Выбор абразивных кругов
Статистика, 1976. 598 с.
при плоском шлифовании деталей силового набора лета5. Уилер Д., Чамберс Д. Статистическое управление протельных аппаратов по критерию шероховатости поверхности
цессами / пер. с англ. М.: Альпина Бизнес Букс, 2009. 409 с.
// Вестник машиностроения. 2010. №5. С.55–64.
6. Холлендер М., Вулф Д. Непараметрические методы
10. Фрезы и фрезерование: монография / О.М. Балла [и др.];
статистики / пер.с англ. М.: Финансы и статистика, 1983. 506
под общ. ред. А.И. Промптова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006.
с.
172 с.
7. Солер Я.И., Каменская Л.Г., Шумейкина И.М. Прогнози-
УДК 622.233.05:621.3
РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРИВОДА ПОДАЧИ БУРОВОГО СТАНКА
© А.О. Шигин1, А.В. Гилёв2
Сибирский федеральный университет,
660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
Разработан и изготовлен лабораторный электромагнитный привод механизма подачи рабочего органа бурового
станка на основе линейного трехфазного асинхронного двигателя с массивным ротором. Также разработаны методики определения зависимости подающего усилия линейного двигателя от линейной скорости движения ротора, частоты и величины питающего напряжения. Получены механические характеристики лабораторного линейного трехфазного асинхронного двигателя без ферромагнитного магнитопровода. Представлен расчет подающего усилия линейного двигателя с магнитопроводом с учетом магнитного сопротивления участков магнитной цепи.
Построены расчетно-экспериментальные механические характеристики линейного трехфазного асинхронного
двигателя с ферромагнитным магнитопроводом, работающего в качестве электромагнитного привода подачи
бурового станка с номинальным усилием подачи 200 и 300 кН.
Ил. 7. Табл. 1. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: лабораторный стенд; электромагнитный привод; буровой станок; асинхронный двигатель с
массивным ротором; механическая характеристика; магнитное сопротивление; номинальное усилие.
COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL BUILDING OF MECHANICAL CHARACTERISTICS FOR RIG
ELECTROMAGNETIC FEEDER
A.O. Shigin, A.V. Gilyov
Siberian Federal University,
79 Svobodny Av., Krasnoyarsk, Russia, 660041.
A laboratory electromagnetic drive for a drilling rig feeder is developed and produced on the basis of a linear three -phase
induction motor with a solid rotor. The procedures to determine dependencies of the linear motor feed force on the line ar
speed of the rotor, the frequency and magnitude of the supply voltage are devised as well. Mechanical characteristics of
the laboratory linear three-phase induction motor without a ferromagnetic core are obtained. The calculation of the feed
force of the magnetic core linear motor is presented taking into account the magnetic resistance of magnetic circuit sec___________________________
1
Шигин Андрей Олегович, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и комплексов, тел.: 89131862659,
e-mail: shigin27@rambler.ru
Shigin Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machinery and Complexes,
tel.: 89131862659, e-mail: shigin27@rambler.ru
2
Гилёв Анатолий Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой горных машин и комплексов,
тел.: 89831542368, e-mail: anatoliy.gilev@gmail.com
Gilyov Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Mining Machinery and Complexes,
tel.: 89831542368, e-mail: anatoliy.gilev @ gmail.com
50
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (75) 2013
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа