close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Повышение эффективности использования карбидкремниевых абразивных кругов при плоском шлифовании титанового сплава ВТ20..pdf

код для вставкиСкачать
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Оригинальная статья / Original article
УДК: 629. 923. 1
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-43-55
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАРБИДКРЕМНИЕВЫХ
АБРАЗИВНЫХ КРУГОВ ПРИ ПЛОСКОМ ШЛИФОВАНИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ20
© Я.И. Солер1, Май Динь Ши2
Иркутский национальный исследовательский технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, Россия, ул. Лермонтова, 83.
Резюме. Цель. В данной работе проведено изучение влияния десяти характеристик абразивных кругов из карбида кремния на высотные параметры шероховатости поверхности деталей из титанового сплава ВТ20 и выбор
наилучшего. Методы. Учитывая неустойчивость процесса шлифования и случайную природу формирования
микрорельефа поверхности, анализ исследуемых данных (ИД), рассматриваемых случайными величинами (СВ),
ведем с привлечением непараметрического метода статистики, который использует медианы (меры положения)
и квартильные широты КШ (меры рассеяния). В связи с большим объемом вычислений использована программа
Statistica 6.1.478.0. Результаты и их обсуждение. Наименьшие высоты шероховатости получены при шлифовании абразивными кругами (АК) Norton 39С 46 К8 VK (i = 2) и 39С 60 К8 VK (i = 3). Российский абразивный инструмент 63С F40 L7V (базовый) обеспечивает достаточно хорошую шероховатость поверхности титановых деталей
(Ra1 = 0,5 мкм). Наименьшая КШ i предсказана для АК i = 2, что обеспечило повышение стабильности шлифования по сравнению с базовым кругом 63C F40 (i = 1) в 2,6 раза для Ra и в 1,42 раза для Rmax. По сравнению с АК i =
2 возросли КШ для высокопористого круга (ВПК) 39С 46 I12 VP (i = 4) от 0,05 до 0,07 мкм по Ra и от 0,43 до 0,53
мкм по наибольшей шероховатости. Выводы. Установлено, что шлифование деталей из сплава ВТ20 рекомендуется вести на предварительном этапе – ВПК Norton 37С (46, 60) K12 VP, на окончательном – Norton 39C46 K8
VK нормальной пористости. Круг 63C F40 L7V российского производства уступает кругам Norton по РС, но дешевле их почти в десять раз.
Ключевые слова: шлифование, титановый сплав, шероховатость, статистика, среднее, медиана, мера рассеяния.
Формат цитирования: Солер Я.И., Май Динь Ши. Повышение эффективности использования карбидкремниевых
абразивных кругов при плоском шлифовании титанового сплава ВТ20 // Вестник Иркутского государственного
технического университета. 2016. № 8 (115). С. 43–55. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-43-55
IMPROVING EFFICIENCY OF USING SILICON CARBIDE ABRASIVE WHEEL UNDER SURFACE GRINDING
OF VT20 TITANIUM ALLOY
Ya.I. Soler, Mai Dinh Si
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Abstract. Purpose. The paper studies the influence of ten characteristics of silicon carbide abrasive wheels on the
height parameters of surface roughness of titanium alloy VT20 workpieces and selection of the best tool for their grin ding. Methods. Considering the instability of the grinding process and the random nature of surface microrelief formation,
the research data (ARD) are analyzed by random variables (RV) with the application of a nonparametric statistical method which uses medians (measures of position) and quartile latitudes (QL) (measure of dispersion). Statistica 6.1.478.0.
program has been used due to the large volume of calculations. Results and their discussion. The smallest heights of
surface roughness were obtained under grinding by abrasive wheels (AW) Norton 39С 46 К8 VK (i = 2) and 39С 60 К8
VK (i = 3). The Russian abrasive tool 63С F40 L7V (a base wheel) provides a sufficiently good surface roughness of titanium parts (Ra1 = 0.5 µm). The smallest QL i was predicted for the AW (i = 2), which provided improved grinding stability
as compared with the base wheel 63C F40 (i = 1) by 2.6 times for Ra and by 1.42 times for Rmax. As compared to the AW
i = 2 the QL for the highly porous wheel (HPW) 39С 46 I12 VP (i = 4) increased from 0.05 to 0.07 µm by R a and from
0.43 to 0.53 by Rmax. Main conclusions. It was found that at the roughing stage the HPW Norton 37С (46, 60) K12 VP is
___________________________
1
Солер Яков Иосифович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств, e-mail: solera@ istu.irk.ru
Soler Yakov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology and Equipment of
Machinery Production, e-mail: solera@istu.irk.ru
2
Май Динь Ши, аспирант кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств,
e-mail: solera@istu.irk.ru
Mai Dinh Si, Postgraduate of the Department of Technology and Equipment of Machinery Production,
e-mail: solera@istu.irk.ru
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
43
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
recommended for grinding parts from VT20 alloy, whereas normal porous wheel Norton 39C46 K8 VK is advisable to use
at the final stage. The Russian-manufactured wheel 63C F40 L7V is inferior in cutting capability to Norton wheels but it is
ten times cheaper.
Keywords: grinding, titanium alloy, roughness, statistics, mean, median, measure of dispersion
For citation: Soler Ya.I., Mai Dinh Si. Improving efficiency of using silicon carbide abrasive wheel under surface grinding
of VT20 titanium alloy. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, no. 8 (115), pp. 43–55. (In Russian)
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-43-55
Введение
Наиболее важными эксплуатационными свойствами деталей машин и их соединений являются износостойкость, контактная жесткость, коррозионная стойкость,
усталостная прочность, герметичность, которые зависят от топографических параметров микрогеометрии, свойств материалов и приложенной нагрузки. Сказанное
раскрывает доминирующую роль шероховатости в характеристике качества поверхности деталей в машиностроении. На формирование поверхностного слоя деталей в
наибольшей мере влияет окончательный
этап механообработки, в качестве которого
наиболее часто применяется шлифование [1].
Титановые сплавы, обладающие отличным сочетанием уникальных свойств:
высокой удельной прочностью (отношения
прочности к массе), исключительной устойчивостью к коррозии и жаропрочностью –
широко используются в авиационной и
космической технике, газоперекачивающей
аппаратуре, химическом оборудовании и
судостроении [2; 3]. В табл. 1 приведены
материалы, которые применяются при про-
изводстве газотурбинных двигателей (ГТД).
Очевидно, что потребление титановых
сплавов существенно возросло со времени
перехода от двигателей второго поколения
к четвертому (в 5,64 раза).
Одной из основных причин, ограничивающих использование титановых сплавов в промышленности, является их низкая
обрабатываемость абразивными инструментами. Это объясняется адгезионным и
диффузионным взаимодействием между
абразивными и обрабатываемыми материалами, а также интенсивным засаливанием
рабочей поверхности абразивного инструмента. В работах [4–7] отмечены случаи
налипания стружки на рабочие поверхности
абразивного инструмента и повышенное содержание кремния и алюминия при шлифовании соответственно кругами из карбида
кремния и электрокорунда. Работа [8]
посвящена исследованию влияния режима
шлифования кругом из зеленого карбида
кремния обычной пористости на шероховатость поверхности титанового сплава ВТ6.
Установлено, что шероховатость поверхно-
Таблица 1
Материалы, применяемые при производстве ГТД (% от массы двигателя) [3]
Table 1
Materials used in gas turbine engine production (% of the engine mass) [3]
Материал /
Material
Жаропрочные Ni-сплавы и стали /
Heat-resistant Ni alloys and steels
Нержавеющие стали /
Stainless steels
Титановые сплавы /
Titanium alloys
Алюминиевые сплавы /
Aluminum alloys
44
Поколение двигателей /
Engine generation
II
III
IV
28
41
58
26
12
12,6
5,5
11,5
31
7,3
1,8
0,28
Примечание /
Note
Остальное – конструкционные стали и цветные
сплавы /
The rest – structural steels
and nonferrous alloys
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
сти остается практически неизменной в
пределах Ra = 0,175–0,234 мкм при увеличении скорости движения заготовки от 5,52
до 16,1 м/мин и подачи на глубину от 0,005
до 0,015 мм/ход.
С целью снижения прижогов при
шлифовании деталей из труднообрабатываемых материалов были созданы высокопористые круги (ВПК), образующие большее пространство между зернами по сравнению с обычной структурой (6–7-ой) для
более свободного размещения стружки.
Сказанное снижает их засаливание и улучшает условия подачи СОЖ в зону резания,
предотвращая появление прижогов и трещин [9].
Известно, что ВПК на керамических
связках нашли широкое применение на
операциях предварительного и окончательного шлифования различных групп титановых сплавов со скоростью до 120 м/с.
Разработка и освоение производства ВПК
из зеленого карбида кремния на основе ке-
рамической связки, как показано в [10],
обеспечивают повышение производительности шлифования (до 40% по машинному
времени) по сравнению с кругами обычной
структуры и отсутствие дефектов на шлифованной поверхности. Сказанное значительно уменьшает количество бракованных
деталей.
Выполненная работа посвящена
изучению влияния характеристик абразивных кругов из разных марок карбида кремния на высотные параметры шероховатости титанового сплава ВТ20. В качестве
базового варианта использован абразивный круг (АК) нормальной пористости, выпускаемый Лужским абразивным заводом
(ЛАЗ) со структурой 73. Остальные АК и
ВПК изготовлены крупнейшим производителем абразивного инструмента в мире
Saint-Gobain Abrasives – подразделением
многопрофильного концерна Saint-Gobain
(Франция – США) под торговой маркой Norton [11].
Методика проведения эксперимента
В табл. 2 представлены основные
условия проведения натурного эксперимента. Опускание круга на глубину вели в
момент смещения продольного стола в
крайнее левое положение относительно
оператора. В связи с этим перемещение
стола слева направо считаем рабочим.
Срезание металла с поверхности
протекало по схеме встречного шлифования, поскольку круг имеет вращение по часовой стрелке. Тогда обратное движение
стола вместе с заготовкой в пределах заданной подачи s П становится выхаживающим, формирующим микрорельеф поверхности. Учитывая, что величина s П
меньше высоты абразивного инструмента,
оставшаяся рабочая поверхность круга
обеспечивает выхаживание поверхности в
обоих направлениях продольного перемещения стола. Но и в этом случае завершающий проход инструмента всегда протекает в условиях попутного шлифования. Исследуемые образцы подготовлены из титаISSN 1814-3520
нового сплава ВТ20 (σв = 950–1150 МПа,
  5  12% , Е = 105–110 ГПа) с размерами
L×В×H = 35×40×40 мм [3]. Объект исследования шлифуется по плоскости L×В без выхаживания; СОЖ – 5%-ная эмульсия
Аквол– 6 (ТУ 0258-024-00148845-98), подаваемая поливом на деталь с расходом
7–10 л/мин. Количество параллельных
наблюдений – n  30 ( v  1;30 ). Форма и размеры инструментов представлены в
табл. 2. Переменные условия шлифования
отражены кодом «dijv», удобным для анализа выходных параметров процесса с использованием статистических методов. В
данном случае индекс d  1; 2 характери___________________________
3
ГОСТ 3647-80. Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость и зерновой состав. Методы
контроля. Введ. 01.01.1982. М.: Изд-во стандартов,
2004. 19 с.
GOST 3647-80. Materialy shlifoval'nye. Klassifikaciya.
Zernistost' i zernovoj sostav. Metody kontrolya. [Grinding materials. Classification. Grain size and grain structure. Control methods]. Moscow, Izd-vo standartov Publ,
2004. 19 p.
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
45
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Таблица 2
Основные условия проведения эксперимента
Table 2
Main experimental conditions
Станок /
Machine-tool
Круг /
Wheel
Форма и размеры /
Shape and dimensions
3Е711В
3E711V
Norton
01 250  20  76, мм/mm [11]
Norton
01 250  20  76, мм/mm [11]
ЛАЗ
LAZ
1 250  20  76, мм3 /mm3
3Г71М
3G71M
Технологические параметры /
Technological parameters
vк,
sпр,
sп,
t,
z,
vw
slng
scr
t
z
35
6
4
0,01
0,1
Примечание. vк – скорость круга, м/с; sпр – продольная подача, м/мин; sп – поперечная подача, мм/дв.ход; t – глубина резания, мм; z – операционный припуск, мм.
Note. vw – grinding wheel speed, m/s; slng – longitudinal feed, m/min; scr – cross feed, mm/double throw; t – cutting depth,
mm; z – operating allowance, mm.
зует направление расположения шероховатости: 1 – параллельно вектору s П , 2 –
параллельно вектору sПР . Характеристики
исследуемых инструментов закодированы
индексом i  1;10 :
1 – 63С F40 L7 V;
2 – 39С 46 К8 VK;
3 – 39С 60 К8 VK;
4 – 39С 46 I12 VP;
5 – 39С 46 K12 VP;
6 – 39С 80 K12 VP;
7 – 37С 46 I12 VP;
8 – 37С 46 К12 VP;
9 – 37С 60 К12 VP;
10 – 37С 80 К12 VP.
Абразивные круги i  1; 6 изготовлены
из зерен зеленого карбида кремния, а круги
i  7;10 – из зерен черного карбида кремния. АК i = 1 обычной пористости (структура
7) выпускают в России по ГОСТ 3647-80 с
твердостью L и с зернистостью 40
(500/400)4. Остальные круги созданы под
торговой маркой Norton 4, где i = 2; 3 являются инструментами обычной пористости, а
i  4;10 – ВПК, в которых варьировались
зернистость от 46 (425/355) до 80
46
(212/180)45 и твердость от I до L. В скобках
представлены размеры зерен основной
фракции. Буквы в конце характеристик инструмента показывают используемую связку. При этом остеклованные керамические
связки обозначаются буквой V, которые дополнительно при высокой чистоте обозначаются буквой Р. Эти связки идеальны для
операций, где требуется высокая точность
и узкие допуски. Остеклованные связки
противостоят воде, маслам, химикатам и
температурам шлифования. Для кругов i =
2; 3 буквами VK обозначают особую связку
для зерен карбида кремния. Индекс j  1; 3
использован в коэффициентах стабильности, которые рассмотрены ниже для различных мер рассеяния: 1 – по SDdi , 2 – по
Rdi , 3 – по КШdi .
Исследуемые параметры шероховатости ( Ra , Rq , Rz , Rmax )di измерены с помощью
4
ГОСТ Р 52381-2005 (ИСО 8486-1:1996, ИСО 63442:1998, ИСО 9138:1993, ИСО 9284:1992). Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков.
Контроль зернового состава. Введ. 01.07.2006. М.:
Стандартинформ. 2006. 12с.
GOST R 52381-2005 (ISO 8486-1:1996, ISO 63442:1998, ISO 9138:1993, ISO 9284:1992). Zernistost' i
zernovoj sostav shlifoval'nyh poroshkov. Kontrol' zernovogo sostava. [Grain size and size composition of grinding powders. Control of size composition]. Moscow,
Standartinform Publ., 2006. 12 p.
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
системы на базе профилографа – профилометра модели 252 завода «Калибр»5.6
Учитывая неустойчивость процесса
шлифования и случайную природу формирования шероховатостей, анализ наблюдений ведем с привлечением статистических
подходов. Рассматриваем их случайными
величинами (СВ), образующими независимые множества:
 yiv  ,i  1;10,v  1;30 .
(1)
В технических приложениях используются параметрические и непараметрические методы статистики (например, ранговые). Характеристиками одномерного распределения частот для (1) служат6,77
[12; 13]: для первого направления – средние yi  yi , стандарты отклонений ( SD )i ,
размахи
Ri  ymax  ymin i ;
для
второго
направления – медианы yi , квартильные
широты КШi  y0 ,75  y0 ,25 i , охватывающие
50% наблюдений (1). Первая частота характеризует меру положения (опорное зна5
ГОСТ 25142–82. Шероховатость поверхности. Термины и определения. Введен 83–01–01. М.: Изд-во
стандартов, 1982. 22 с.
GOST 25142–82. Sherohovatost' poverhnosti. Terminy
i opredeleniya. [Surface roughness. Terms and definitions]. Moscow, Izd-vo standartov Publ., 1982. 22 p.
6
ГОСТ Р ИСО 5725–1–2002. Точность (правильность
и прецизионность) методов и результатов измерений. Ч. 1. Основные положения и определения.
Введен 2002–11–01. М.: ИПК Изд-во стандартов,
2002. 24 с.
GOST R ISO 5725–1–2002. Tochnost' (pravil'nost' i
precizionnost') metodov i rezul'tatov izmerenij. CH. 1.
Osnovnye polozheniya i opredeleniya [Accuracy (correctness and precision) of measurement methods and
results. Part 1: Main principles and definitions.]. Moscow, Izd-vo standartov Publ., 2002. 24 p.
7
ГОСТ 2789–73. Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения. Введен
1975–11–01. Взамен ГОСТ 2789–1959. М.: Изд-во
стандартов, 1973. 10 с.
GOST 2789–73. Sherohovatost' poverhnosti. Parametry, harakteristiki i oboznacheniya. Vveden 1975–
11–01. Vzamen GOST 2789–1959 [Surface roughness.
Parameters, characteristics and symbols]. Moscow, Izdvo standartov Publ., 1973. 10 p.
ISSN 1814-3520
чение), а последующие – меры рассеяния
(прецизионность). Сдвиги yi относительно
yi обусловлены асимметрией (скошенностью) кривых распределений и находятся
из выражения:
Asi  3( y  y ) / SD i .
(2)
Каждый метод статистики имеет
свою область рационального применения.
Для параметрического метода (1) должны
обеспечивать требования нормальности и
гомоскедастичности распределений (однородность и гомогенность дисперсий). При
этом второе ограничение должно выполняться наиболее строго. В условиях нарушения оговоренных требований к СВ следует воспользоваться непараметрическим
методом, который не связан со свойствами
конкретного семейства распределений.
Одномерный дисперсионный анализ (ОДА)
и множественный поиск ожидаемых опорных значений ( ˆy ,myˆ )i , i  1;10 проведены с
использованием
программы
Statistica
6.1.478.0, что снизило трудоемкость работы, связанной с большим объемом вычислений [14; 15].
Влияние непараметрического метода на меры положения оценивали медианными коэффициентами при неизменном
d = 1 (ограничились основным направлением для высотных шероховатостей) и переменном i  1;10 :
К м1i  ( y / y )1i ,
(3)
Кˆ м1i  ( myˆ / ˆy )1i .
(4)
Оценку режущей способности (РС)
кругов i  2;10 относительно базового инструмента 63С F40 L7 V ( i  1 ) ведем для
обеих характеристик одномерного распределения частот (1) в поперечном направлении [13–15]:
K1i  ( yi / y1 )1 ,
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
(5)
47
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Kˆ 1i  ( myˆ i / myˆ 1 )1 ,
(6)
Кст1i 2  ( R1 / Ri )1 ,
(8)
Кст1i1  ( SD1 / SDi )1 ,
(7)
Кст1i3  ( КШ1 / КШi )1 .
(9)
Результаты исследования и их обсуждение
Для выбора статистического метода
интерпретации (1) сначала проведено тестирование на однородность дисперсий
(нуль-гипотез H 0 ) для всех параметров в
двух направлениях d  1; 2 при работе
кругами i  1;10 по трем группам критериев
(   1;3 ): 1 – Хартли, Кохрена, Бартлетта
(в программе представлены одной совокупностью), 2 – Левене, 3 – Брауна–
Форсайта.
Считаем, что H 0 имеют место, если
количество решений в их пользу составляет f 0  [ 2; 3 ]. Установлено, что для шероховатостей (Ra , Rq , Rz , Rmax )2i в продольном
направлении H 0 удовлетворяют условию
при f 0  3 . В ортогональном направлении
для первой группы критериев все приняты
(для с незначительной ошибкой 2-го рода).
При тестировании гомогенности по остальным критериям выявлено, что подтверждены для всех параметров при наличии ошибок 2-го рода.
Проверка (1) на нормальность распределений для всех параметров шероховатости и кругов i  1;10 проведена по
критерию Шапиро-Уилка. По нему для принятия H 0 ( i ) должны выполняться неравенства: i  0,5 . Результаты тестирования
представлены в табл. 3 и свидетельствуют,
что в поперечном направлении из 40 вариантов шлифования (1) можно аппроксимировать кривой Гаусса в 15 случаях, в ортогональном d 2 их количество возросло до
23. Таким образом, условия применения
параметрического метода обеспечены в
неполном объеме. Это привело к необходимости привлечения ранговых статистик в
качестве приоритетного направления ис48
следования.
Установлено, что поперечные шероховатости превышают свои продольные
аналоги в 2–3,6 раза. Для среднего арифметического отклонения профиля и
наибольшей высоты профиля полученные
результаты представлены в табл. 4:
Ra1 / Ra 2  2,2  3,4,
Rmax1 / Rmax 2  2,0  2,9.
По остальным шероховатостям, которые не
вошли в публикации для сокращения ее
объема, полученные результаты таковы:
Rq1 / Rq 2  2,2  3,3, Rz1 / Rz 2  2,4  3,6 . По
этой причине поперечные шероховатости
при оценке РС кругов должны приниматься
во внимание в первую очередь. Наименьшая анизотропия шероховатости предсказана при шлифовании деталей ВТ20 кругами высокой пористости i = 9 из черного
карбида кремния 37С с зернистостью 60, а
наибольшая – для ВПК 39С60 (i = 3). Анизотропию шероховатостей следует использовать для повышения эксплуатационных
свойств деталей. В частности, при шлифовании детали следует располагать таким
образом, чтобы продольные шероховатости воспринимали наибольшие нагрузки. В
работе [16] предлагается для снижения их
анизотропии проводить шлифование кругами с аксиально-смещенным режущим
слоем и осцилляцией заготовки.
Как видно из табл. 4, для всех исследуемых параметров
( Ra ,Rq ,Rz ,Rmax )1i ,
которые частично представлены в статье,
выявлено, что 30 опытных медиан y1i из
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Таблица 3
Тестирование (1) на нормальность распределений
Table 3
Distribution normalcy testing (1)
Круг /
Wheel
αi
i  1;10
Ra1
Rq1
Rz1
Rmax1
Ra2
Rq2
Rz2
Rmax2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,009
0,003
0,219
0,044
0,002
0,303
0,259
0,030
0,9127
0,474
0,007
0,0006
0,132
0,033
0,011
0,550
0,251
0,012
0,836
0,510
0,006
0,001
0,757
0,521
0,164
0,727
0,620
0,130
0,393
0,562
0,008
0,001
0,377
0,701
0,015
0,816
0,253
0,395
0,990
0,239
0,604
0,094
0,339
0,594
0,013
0,0002
0,00006
0,290
0,007
0,007
0,340
0,126
0,334
0,438
0,026
0,0008
0,0002
0,077
0,014
0,010
0,522
0,118
0,202
0,734
0,042
0,0005
0,004
0,031
0,015
0,006
0,442
0,036
0,556
0,380
0,070
0,045
0,001
0,045
0,074
0,013
Примечание. Круги i – см. методику проведения эксперимента.
Note. Wheels i – see the experiment methodology above.
общего числа N = 4×10 = 40 оказались
меньше одноименных опытных средних,
т.е. по (2) имеет место положительная
асимметрия. При этом только для Ra1 10
параметрическая мера положения превысила медиану на одну КВ. В остальных случаях сдвиг y1i относительно yi протекал
внутри КВ. В результате этого коэффициенты (3) в большинстве случаев оказались
меньше единицы, что вскрывает дополнительные резервы повышения эксплуатационных показателей машин или производительности шлифования. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности привлечения рангового метода взамен гауссового конкурента, который «на
чужом поле» [13] показал меньшую точность поиска опорных величин. Различия
между медианными коэффициентами (4) и
(3) также подтверждают целесообразность
проведения второго этапа ОДА. При оценке
РС кругов по коэффициенту (5) установлено, что наименьшие высоты шероховатости
получены при шлифовании инструментами
Norton из зеленого карбида кремния обычной пористости (i = 2; 3), так как для всех
исследуемых параметров при i = 2; 3 коэффициент (5) предсказан в диапазоне Ki =
ISSN 1814-3520
0,753–0,851. Сказанное дополнительно иллюстрирует рисунок. Вторую позицию заняли ВПК i = 9; 10 из черного карбида кремния
с зернистостью 60 и 80 – Ki = 0,975–1,000.
По сравнению с аналогичными продуктами,
изготовленными зарубежными фирмами,
российский абразивный инструмент 63С F40
L7V (базовый) обеспечивает достаточно хорошую шероховатость поверхности титановых деталей (Ra11 = 0,5 мкм), хотя он изготовлен с 7-й структурой и имеет более высокую твердость L.
По параметрам и коэффициентам
(6), показанным в табл. 4, очевидно, что по
опорным величинам при шлифовании ВПК
Norton из зерен чернового и зеленого карбида кремния с варьированием зернистости от 46 до 80 и твердости от I до K шероховатость поверхностей обработанных деталей изменялась слабо, так как коэффициенты (6) в десяти из четырнадцати случаев предсказаны равными единице и ожидаемые медианы myˆ i для всех ВПК колебались в пределах одной КВ (кроме Ra110)
(табл. 4). В результате сказанного ВПК
Norton рекомендуется использовать на
предварительном этапе шлифования сплава ВТ20 с целью уменьшения теплового
воздействия на поверхностный слой, а
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
49
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Таблица 4
Влияние характеристик кругов на меры положения шероховатостей
и коэффициенты (3)–(6) для параметров (Ra, Rmax)1i
Table 4
Influence of wheel characteristics on the measures of roughness position
and coefficients (3)–(6) for the parameters (Ra, Rmax)1i
Параметр
Parameter
Круг
Wheel
yi 
ŷi
yi
m ˆy i
мкм / µm
i  1;10
K Mi (3)
K̂ Mi
Ki
K̂ i
(4)
(5)
(6)
0,938
0,981
1,000
1,000
0,947
1,014
0,753
0,841
1,024
1,053
0,840
0,882
0,972
0,979
1,049
1,000
0,976
0,946
1,148
1,000
0,979
0,998
0,963
0,980
0,979
0,972
1,086
1,000
0,974
0,995
1,000
1,000
0,432
(0,50)
0,322
(0,40)
0,332
(0,40)
0,437
(0,50)
0,476
(0,50)
0,398
(0,40)
0,405
(0,50)
0,305
(0,32)
0,340
(0,40)
0,425
(0,50)
0,465
(0,50)
0,390
(0,40)
0,424
(0,50)
0,345
(0,40)
0,349
(0,40)
0,425
(0,50)
0,440
(0,50)
0,409
(0,50)
0,416
(0,50)
0,350
(0,40)
0,367
(0,40)
0,416
(0,50)
0,416
(0,50)
0,408
(0,50)
0,449
(0,50)
0,416
(0,50)
0,440
(0,50)
0,405
(0,50)
0,428
(0,50)
0,418
(0,50)
0,416
(0,50)
0,416
(0,50)
9
0,399
(0,40)
0,395
(0,40)
0,410
(0,50)
0,408
(0,50)
0,991
0,994
0,975
0,980
10
0,386
(0,40)
0,405
(0,50)
0,405
(0,50)
0,398
(0,40)
1,049
0,980
1,000
0,955
2,525
(3,2)
1,947
(2,0)
1,895
(2,0)
2,390
(2,5)
1,880
(2,0)
1,910
(2,0)
2,513
(3,2)
2,006
(2,5)
1,954
(2,0)
2,488
(2,5)
2,045
(2,5)
2,045
(2,5)
0,947
0,990
1,000
1,000
0,965
1,020
0,787
0,822
1,008
1,046
0,799
0,822
2,672
(3,2)
2,804
(3,2)
2,610
(3,2)
2,665
(3,2)
2,574
(3,2)
2,661
(3,2)
2,488
(2,5)
2,488
(2,5)
0,977
0,967
1,092
1,000
0,950
0,935
1,115
1,000
6
2,393
(2,5)
2,465
(2,5)
2,448
(2,5)
2,488
(2,5)
1,030
1,016
1,031
1,000
7
2,716
(3,2)
2,680
(3,2)
2,612
(3,2)
2,488
(2,5)
0,987
0,952
1,121
1,000
8
2,456
(2,5)
2,405
(2,5)
2,493
(2,5)
2,488
(2,5)
0,979
0,998
1,006
1,000
1
2
3
4
5
Ra1i
6
7
8
1
2
3
4
5
Rmax1i
2,340
2,340
2,425
2,488
1,000
1,026
0,979
1,000
(2,5)
(2,5)
(2,5)
(2,5)
2,301
2,345
2,387
2,369
10
1,019
0,992
0,981
0,952
(2,5)
(2,5)
(2,5)
(2,5)
Примечание. Круги i – см. методику проведения эксперимента, в скобках указана категориальная величина
(КВ) [20].
Note. Wheels i – see the experiment methodology above. The categorical value (CV) is indicated in parentheses [20].
9
50
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Исследуемый круг
Wheel under investigation
Описательные непараметрические статистики при шлифовании кругами i  1;10 по параметру Rai1
Descriptive distribution-free statistics under grinding by the wheels i  1;10 by the parameter Rai1
круги Norton обычной пористости – на окончательном этапе. Последнее обеспечивает
снижение шероховатости на одну-две КВ
по сравнению с ВПК Norton. При параметрическом анализе данных по мерам положения, показанным в табл. 4, выявлены
различия мер положения yi и ŷi нормального распределения от соответствующих аналогов yi и myˆ i непараметрического
метода на одну КВ. На практике сказанное
повысило точность оценки РС исследуемых
кругов.
Дополнительно проведена оценка
РС кругов с учетом стабильности процесса.
В табл. 5 показаны все три параметра прецизионности и соответствующие им коэффициенты стабильности (7)–(9), среди которых в условиях приоритетного использования непараметрического метода уделено
особое внимание КШ1i и коэффициентам
(9). Меры рассеяния оказались более вариабельными к переменным условиям
ISSN 1814-3520
шлифования титановых сплавов по сравнению с мерами положения. Представленные результаты свидетельствуют, что
наименьшая
КШ1i
предсказана
для
АК 39С 46 К8 VK (i = 2), что обеспечило повышение стабильности шлифования по
сравнению с базовым кругом 63C F40 (i = 1)
в 2,6 раза для Ra1 и в 1,42 раза для Rmax1.
Если же проанализировать описательные
статистики (рисунок), то достоинства РС АК
39С (i = 2) только усиливаются. Действительно, все 50% наблюдений (1) сместились ниже процентиля y0 ,25 ( 11 ) для базового АК i = 1. Далее расширяя область исследования до всей операционной партии
( v  1; 30 ), видим, что верхняя граница
размаха ymax (11) = 0,8 мкм для базового инструмента снизилась до 0,51 мкм для
АК i = 2, т.е. прецизионность процесса повысилась практически на три КВ.
Относительно нижних процентилей:
y0,25 ( 12 ) = 0,23 (КВ = 0,25) мкм и y0,25 ( 11 ) = 0,27
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
51
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
Таблица 5
Оценка РС кругов по мерам рассеяния
Table 5
Evaluation of wheel cutting capability by the measures of dispersion
КШ1i /
Круг /
SD1i
R1i
QL1i
Кст1i1
Кст1i2
Параметр / Wheel
Parameter
(7)
(8)
мкм /
i  1;10
µm
1
0,118
0,530
0,130
1,000
1,000
2
0,057
0,280
0,050
2,047
1,893
3
0,084
0,340
0,110
1,406
1,559
4
0,082
0,360
0,070
1,427
1,472
5
0,128
0,640
0,130
0,916
0,828
Ra1i
6
0,094
0,340
0,120
1,245
1,559
7
0,084
0,290
0,130
1,403
1,828
8
0,087
0,410
0,090
1,357
1,293
9
0,076
0,300
0,100
1,551
1,767
10
0,084
0,330
0,140
1,401
1,606
1
0,604
2,830
0,610
1,000
1,000
2
0,333
1,660
0,430
1,814
1,705
3
0,348
1,270
0,420
1,736
2,228
4
0,459
1,910
0,530
1,315
1,482
5
0,609
2,440
0,840
0,992
1,160
Rmax1i
6
0,471
2,060
0,700
1,283
1,374
7
0,479
1,660
0,610
1,261
1,705
8
0,418
1,840
0,530
1,444
1,538
9
0,348
1,460
0,500
1,735
1,938
10
0,387
1,330
0,660
1,560
2,128
Кст1i3
(9)
1,000
2,600
1,182
1,857
1,000
1,083
1,000
1,444
1,300
0,929
1,000
1,419
1,452
1,151
0,726
0,871
1,000
1,151
1,220
0,924
Примечание. Круги i – см. методику проведения эксперимента
Note. Wheels i – see the experiment methodology above.
(КВ = 0,32) мкм – следует отметить, что их
снижение ведет к повышению состояния
качества поверхности. При этом обеспечиваются условия для сокращения количества технологических переходов не менее,
чем на один-два. Установлено, что при
шлифовании деталей ВТ20 использование
ВПК Norton i = 4; 5 привело к снижению
стабильности формирования шероховатости шлифованной поверхности. По сравнению с АК нормальной пористости i = 2 возросли КШ для ВПК i = 4 мягкой твердости
от 0,05 до 0,07 мкм по Ra1 и от 0,43 до
0,53 мкм по наибольшей шероховатости.
Для ВПК при среднемягкой твердости (K)
выявленные закономерности протекали
еще с большей интенсивностью. В связи с
52
одновременным ростом медиан Ra1i , i = 4; 5
(рисунок) их нижние процентили сместились выше y0,75 ( 12 ) для АК 39С46 К8 VK, что
снизило надежность пребывания 50%
наблюдений в пределах КВ = 0,4 мкм. Выявлено, что при шлифовании титановых
заготовок ВПК 37С зависимость КШ = f
(зернистости – 46; 60; 80) коррелирована
дополнительно с параметрами шероховатости. В частности, для шероховатости Ra1
имеем минимум при зернистости 46, а для
Rmax1 – при зернистости 60. Выбор разновидности зерен карбидов кремния имеет
большое практическое значение. Оказалось, что стабильность процесса для зерен
39С и 37С коррелирована с двумя другими
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
характеристиками
ВПК:
твердостью
(I – мягкой, K – среднемягкой) и зернистостью, которая рассмотрена выше. В частности, принято решение, что для повышения прецизионности процесса целесообразнее выбрать зернистость 46. В связи с
этим основной акцент по результатам табл.
5 сделан на КШ для ВПК i = 4; 7 и i = 5; 8.
Известно, что абразивный материал 39С
отличается большей хрупкостью и способностью к самозатачиванию зерен при шлифовании по сравнению с карбидом кремния
черным. Установлено, что при шлифовании
ВПК 39С46 при твердости I по сравнению с
ВПК i = 7 предсказано повышение стабильности процесса: в 1,46 раза по Ra1 и 1,15
раза по Rmax 1 . При большей твердости
ВПК, равной K, прецизионность процесса
усилилась до 1,4–1,6 раза. Возможно, последнее связано с тем, что затупленные
зерна 37С дольше удерживаются связкой
при увеличении его твердости, вызывая
усиление нестабильности формирования
топографии поверхности деталей. Для самых мелких зерен 39С60 и 39С80 можно
принять, что ВПК оцениваются равной воспроизводимостью
процесса
по
КШ:
0,12–0,14 мкм по Ra1 и 0,66–0,7 по Rmax 1 .
Стабильность работы кругов по
( SD , R )i , i  1;10 для параметрического
метода удобнее всего сопоставить с их
конкурентом по коэффициентам Кст1iq
q  1; 3 (7)–(9). Как видно из табл. 5, в большинстве случаев они совпали на качественном уровне, когда все (7)–(9) одновременно оказались больше или меньше
единицы. В частности, для ВПК i = 8 для
параметра R a 1 имеем Кст18q: q = 1–1,357,
q = 2–1,293, q = 3–1,444, а для R max 1 соответственно: 1,444; 1,538; 1,151.
Заключение
Подводя итог изложенному в статье,
сформулируем выводы:
1. Тестирование (1) показало, что
для анализа экспериментальных данных
следует в качестве предпочтительного варианта использовать непараметрический
метод.
2. По общим оценкам положения и
рассеяния среди анализируемых инструментов круг 63С F40 L7 V, выпускаемый в
России с более низкой ценой по сравнению
с инструментами Norton, обеспечивает хорошую шероховатость поверхности деталей ВТ20 (Rа = 0,5 мкм). Им рекомендуется
шлифовать титановый сплав ВТ20 при отсутствии особых требований к качеству изготовляемых деталей.
3. Очевидно, что варьирование
зернистости ВПК Norton слабо влияет на
меры положения, а по мерам рассеяния
наилучшие результаты показаны кругами с
зернистостью 46, 60. При снижении зернистости до 80 шероховатость поверхности
деталей повышается.
4. Выявлено, что при постоянной
зернистости (46, 60) шероховатость поверхности титановых деталей коррелирована с маркой зерен и твердостью инструмента. Для шлифования ВТ20 лучше использовать ВПК из зеленого карбида кремния с пониженной твердостью I, а ВПК из
черного карбида кремния – с повышенной
твердостью K.
5. ВПК Norton рекомендуется использовать на предварительном этапе, а АК
Norton обычной структуры из зерен 39С – на
окончательном (Rа = 0,32–0,4 мкм).
Библиографический список
1. Рыжов Э.В. Суслов А.Г., Федоров В.П Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств
деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. 176 с.
ISSN 1814-3520
2. Christoph L., Manfred P. Titanium and titanium
alloys. Wiley-VCH, Weinheim, 2003, 532 p.
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
53
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
3. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС МАТИ, 2009. 520 с.
4. Turley D. M. Factors affecting surface finish when
grinding titanium and a titanium alloy (Ti-6Al-4V) //
Wear. 1985. 104. P. 323–335.
5. Носенко С.В, Носенко В.А., Крутинова А.А. и др.
Исследование химического состава поверхностного
слоя титанового сплава при шлифовании его кругом
из карбида кремния без использования СОСТ //
СТИН. 2015. № 1. С. 26–29.
6. Wójcik R. The effect of grinding in titanium alloy
deformation // Mechanics and Mechanical Engineering.
2013. № 4 (17). Р. 309–315.
7. Guoqiang G., et al. Experimental investigation on
conventional grinding of Ti-6Al-4V using SiC abrasive //
The International Journal of Advanced Manufacturing
Technology. 2011. 57. P. 135–142.
8. Федоров Д.Г., Скуратов Д.Л. Экспериментальное
исследование качества поверхностного слоя и сил
резания при плоском шлифовании титанового сплава ВТ6 // Вестник Самарского государственного
аэрокосмического университета. 2015. Т. 14. № 3–2.
С. 400–408.
9. Старков В.К. Шлифование высокопористыми
кругами. М.: Машиностроение, 2007. 688 с.
10. Кремень З.И. Высокопористые круги – эффективное средство повышения производительности
шлифования и качества деталей из различных материалов // Инструмент и технологии. 2001. № 5 (6).
С. 34–37.
11. Abrasive product solutions for the full line industrial
market. Available at: http://www.nortonabrasives.com/
sites/sga.na.com/files/document/Catalog-NortonIndustrial7362-2015-Bookmarked.pdf (20.04.2016).
12. Уилер Д. Чамберс Д. Статистическое управление процессами / пер. с англ. М.: Альпина Бизнес
Букс, 2009. 409 с.
13. Hollander M., Wolfe D.A. Nonparametric statistical
methods, second edition. Wiley Interscience, 1999.
787 p.
14. Солер Я.И., Май Д.Ш. Выбор абразивных кругов
при маятниковом шлифовании деталей из титанового сплава ВТ22 по высотным параметрам шероховатости // Обработка металлов. 2015. № 4 (69).
С. 18–30.
15. 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. № 3 (30). P. 251–261.
16. Симаков А.А., Василенко Ю.В. Методика проведения экспериментальных исследований плоского
шлифования с применением кругов с АРС и осцилляции заготовки // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2015. № 2 (15). С. 61–69.
References
1. Ryzhov E.V. Suslov A.G., Fedorov V.P Tekhnologicheskoe obespechenie ehkspluatacionnyh svojstv detalej mashin [Engineering support of machine part operational properties]. Moscow, Mashinostroenie Publ.,
1979, 176 p. (In Russian)
2. Christoph L., Manfred P. Titanium and titanium
alloys. Wiley-VCH, Weinheim, 2003, 532 p.
3. Il'in A.A., Kolachev B.A., Pol'kin I.S. Titanovye
splavy. Sostav, struktura, svojstva. Spravochnik [Titanium alloys. Composition, structure, properties. A handbook]. Moscow, VILS MATI Publ., 2009, 520 p. (In Russian)
4. Turley D. M. Factors affecting surface finish when
grinding titanium and a titanium alloy (Ti-6Al-4V). Wear,
1985, no. 104, pp. 323–335.
5. Nosenko S. V, Nosenko V.A., Krutinova A.A. Issledovanie himicheskogo sostava poverhnostnogo sloya
titanovogo splava pri shlifovanii ego krugom iz karbida
kremniya bez ispol'zovaniya SOST [Study of chemical
composition of the titanium alloy surface layer under its
grinding by a silicon carbide wheel without SOST]. STIN
[Machines and Tools]. 2015, no. 1, pp. 26–29. (In Russian)
6. Wójcik R. The effect of grinding in titanium alloy
deformation. Mechanics and Mechanical Engineering.
2013, no. 4 (17), pp. 309–315.
7. Guoqiang G., et al. Experimental investigation on
conventional grinding of Ti-6Al-4V using SiC abrasive.
54
The International Journal of Advanced Manufacturing
Technology. 2011, no. 57, pp. 135–142.
8. Fedorov D.G., Skuratov D.L. Ehksperimental'noe
issledovanie kachestva poverhnostnogo sloya i sil rezaniya pri ploskom shlifovanii titanovogo splava VT6
[Experimental study of the surface layer quality and
cutting forces in flat grinding of the VT6 titanium alloy].
Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aehrokosmicheskogo universiteta [Vestnik of the Samara State Aerospace University]. 2015, vol. 14, no. 3–2, pp. 400–408.
(In Russian)
9. Starkov V.K. Shlifovanie vysokoporistymi krugami
[Grinding by highly porous wheels]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2007, 688 p. (In Russian)
10. Kremen' Z.I. Vysokoporistye krugi – ehffektivnoe
sredstvo povysheniya proizvoditel'nosti shlifovaniya i
kachestva detalej iz razlichnyh materialov [Highly porous wheels as an effective means of improving grinding productivity and quality of parts made of different
materials]. Instrument i tekhnologii [Tools and technologies]. 2001, no. 5 (6), pp. 34–37. (In Russian)
11. Abrasive product solutions for the full line industrial
market. Available at: http://www.nortonindustrial.com/
uploadedFiles/SGindnortonabrasives/Documents/ Catalog_PDFs/Catalog-NortonIndustrial-7362-2015Bookmarked.pdf (accessed 20 April 2016).
12. Wheeler D., Chambers D. Statisticheskoe upravlenie processami [Understanding statistical process
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
Mechanical Engineering and Machine Science
control]. Moscow, Al'pina Biznes Buks Publ., 2009,
409 p. (In Russian)
13. Hollander M., Wolfe D.A. Nonparametric statistical
methods, second edition. Wiley Interscience, 1999.
787 p.
14. Soler Ya.I., Maj D.Sh. Vybor abrazivnyh krugov pri
mayatnikovom shlifovanii detalej iz titanovogo splava
VT22 po vysotnym parametram sherohovatosti [Select
of abrasive wheels while pendular grinding of parts from
titanium alloy VT22 by high roughness parameters].
Obrabotka metallov [Metal working]. 2015, no. 4 (69),
pp. 18–30. (In Russian)
15. 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, no. 3 (30), pp. 251–261. (In Russian)
16. Simakov A.A., Vasilenko YU.V. Metodika
provedeniya ehksperimental'nyh issledovanij ploskogo
shlifovaniya s primeneniem krugov s ARS i oscillyacii
zagotovki [Method of experimental research of flat
grinding with ACL wheels and workpiece oscillation].
Vestnik YUUrGU. Seriya «Mashinostroenie» [Bulletin of
the South Ural State University. Series “Mechanical
Engineering Industry”]. 2015, no. 2 (15), pp. 61–69.
(In Russian)
Критерий авторства
Солер Я.И. и Май Динь Ши имеют равные авторские
права. Ответственность
за плагиат несет
Солер Я.И.
Authorship criteria
Soler Y. and Mai Dinh Si have equal authors‘ rights.
Soler Ya. I. bears the responsibility for plagiarism.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests
regarding the publication of this article.
Статья поступила 23.05.2016 г.
The article was received 23 May 2016
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ № 8 (115) 2016/ PROCEEDINGS of ISTU № 8 (115) 2016
55
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа