close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Статистические подходы к микрорельефу плоских деталей из закаленной стали 08Х15Н5Д2Т при маятниковом шлифовании высокопористыми кругами из кубического нитрида бора и синтеркорунда..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. Нижний
Новгород: Изд-во ННГУ, 2000. С. 11–116.
4. Ядров В.И. Усталостные испытания стальных крестообразных образцов с поверхностной трещиной при двухосном
нагружении // Омский научный вестник. 2012. № 3 (113). С.
117–121.
5. Жернаков В.С., Сабиров Р.М. Влияние напряженного состояния на циклическую трещиностойкость заклепочных
соединений // Мавлютовские чтения: сб. тр. Российской
научно-техн. конф. Уфа: Изд. УГАТУ, 2011. Т. 3. С. 89–92.
6. Зеньков Е.В., Цвик Л.Б., Пыхалов А.А., Запольский Д.В.
Заявка на изобретение RU №2012140619 «Призматический
образец для оценки прочности материала» (положительное
решение о выдаче патента от 28.01.2014).
7. Лебедев А.А. Развитие теорий прочности в механике материалов // Проблемы прочности. 2010. № 5. С.127–146.
8. Зеньков Е.В., Цвик Л.Б. Деформирование призматических
образцов с галтелями и вид их напряженного состояния //
Вестник машиностроения. 2013. №7 (32). С. 34–37.
9. Зеньков Е.В. Лабораторное моделирование вида напряженного состояния на образцах призматического типа //
Международный научно-исследовательский журнал =
Research Journal of International Studies. 2014. № 1 (20). С.
53–55.
10. ГОСТ 103-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой. Сортамент.
11. ГОСТ 14959-79. Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали.
12. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. Введен 01.01.86. М.: Изд-во стандартов, 2006. 24 с.
13. Зеньков Е.В., Цвик Л.Б. Расчетно-экспериментальная
оценка напряженно-деформированного состояния лабораторного образца с галтельным переходом // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013.
№ 9 (80) С. 70–78.
14. Sutton M.A., J.-J. Orteu, H. Schreier. Image Correlation for
Shape, Motion and Deformation Measurements. – University of
South Carolina, Columbia, SC, USA, 2009. 364 p.
15. Вильдеман В.Э., Третьяков М.П., Третьякова Т.В. и др.
Экспериментальные исследования свойств материалов при
сложных термомеханических воздействиях / под ред. В.Э.
Вильдемана. М.: ФИЗМАТЛИТ.2012. 204 с.
УДК 629. 923. 1
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МИКРОРЕЛЬЕФУ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННОЙ
СТАЛИ 08Х15Н5Д2Т ПРИ МАЯТНИКОВОМ ШЛИФОВАНИИ ВЫСОКОПОРИСТЫМИ
КРУГАМИ ИЗ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА И СИНТЕРКОРУНДА
© Я.И. Солер1, В.Л. Нгуен2, И.А. Гуцол3
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
В настоящее время отсутствуют сведения, позволяющие сопоставить режущие способности кругов высокой пористости (ВПК) из синтеркорунда 5SG, нитридборовых CBN50 и ЛКВ50 (АЭРОБОР) по их влиянию на шероховатость шлифованной поверхности. Установлено, что ВПК 5SG обеспечивают снижение высот микронеровностей
на одну – три категориальных величины по сравнению с нитридборовыми, а по средним продольном шагам признаны равноценными с кругами CBN50. По стабильности процесса наилучшими показателями обладают круги
АЭРОБОР.
Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: шлифование; круг; среднее; медиана; дисперсия.
STATISTICAL APPROACHES TO MICRORELIEF OF FLAT PARTS MADE OF HARDENED STEEL 08Х15НД2Т UNDER PENDULOUS GRINDING BY HIGH POROUS WHEELS MADE FROM CUBIC BORON NITRIDE AND SYNTHESIS CORUNDUM
Ya.I. Soler, V.L. Nguyen, I.A. Gutsol
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Today the absence of information impedes the comparison of the cutting power of high porous wheels (HPW) made from
syntered corundum 5SG, cubic boron nitride CBN50 and LKV50 (AEROBOR) by their effect on ground surface roug hness. HPW 5SG are found to decrease the height of microroughnesses by one - three categorical values as compared
with cubic boron nitride wheels. By average longitudinal travels they are proved to be equivalent to CBN50 wheels.
AEROBOR wheels also show the best indices according to process stability.
4 figures. 12 sources.
Key words: grinding; wheel; average; median; dispersion.
___________________________
1
Солер Яков Иосифович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, тел.: (3952) 405459,
e-mail: solera@istu.irk.ru
Soler Yakov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, tel.:
8(3952)405459, e-mail: solera@istu.irk.ru
2
Нгуен Ван Ле, аспирант, тел.: 89641038808, email: solera@istu.irk.ru
Nguyen Van Le, Postgraduate, tel.: 89641038808, email: solera@istu.irk.ru
3
Гуцол Иван Александрович, аспирант, тел.: 89500535147, e-mail: solera@istu.irk.ru
Gutsol Ivan, Postgraduate, tel.: 89500535147, e-mail: solera@istu.irk.ru
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
33
Механика и машиностроение
Интерес к проблеме шероховатости обусловлен
ее влиянием практически на все эксплуатационные
свойства деталей машин. Широкое использование на
окончательных операциях изготовления высоконагруженных деталей процесса шлифования абразивными
кругами (6–7)-ой структуры («нормальной пористости») сдерживается возникновением на их поверхности дефектов в виде шлифовальных прижогов и трещин. Образование этих дефектов связано с повышенным тепловыделением, которое в 2,5–3 раза больше,
чем при резании лезвийными инструментами. Кратковременность теплового воздействия приводит к тому,
что в тончайших поверхностных слоях шлифуемых
деталей наблюдается высокая концентрация теплоты.
Нагрев металла может достичь критических точек аллотропических превращений. Тогда под воздействием
обильного охлаждения возникает слой вторичной закалки (при температуре менее АС1) или вторичного
отпуска: при температуре нагрева в диапазоне [АС2;
АС1]. Коррозионно-стойкие детали по сравнению с углеродистыми имеют пониженную теплопроводность.
Последнее еще более повышает вероятность появления прижогов, снижающих долговечность изделий в 2–
3 и более раз [1].
В настоящее время появились альтернативные
конкуренты абразивным стандартным инструментам –
высокопористые круги (ВПК), в которых путем введения порообразователей удалось повысить структуру
до 10–12 и более. Для шлифования коррозионностойких сталей рекомендуются ВПК из кубического
нитрида бора (КНБ) повышенной прочности (CBN50,
ЛКВ50 и др.) и микрокристаллического корунда (синтрекорунда), например марки Sol – Gel (SG), которые
позволяют снизить тепловыделение и силы резания,
повысить продолжительность работы между правками
и производительность процесса. Их недостатком служит повышенная стоимость: А: SG: КНБ = 1: 20: 60000
[2], где А – традиционный оксид алюминия фирмы
Norton (аналог электрокорунда 25А). Круги из синтеркорунда в нашей стране не производятся, что естественно повышает их себестоимость по отношению к
[2]. Представляет интерес сопоставить режущие способности кругов SG и КНБ по формированию топографии поверхности при шлифовании деталей из закаленной корррозионно-стойкой стали 08Х15Н5Д2Т
(ВНС-2),
обладающей
высокой
прочностью:
 в  1350 МПа,   12 %, Е=220000 МПа, – и предложить рекомендации по их эффективному применению.
Методика исследования. Натурные опыты проведены при следующих неизменных условиях: плоскошлифовальный станок – модели 3Г71, 3Е711В; образцы с размерами: диаметр D=35 мм, высота
H=30 мм, – шлифуемые по торцу без выхаживания;
технологические параметры – продольная подача
sпр=6 м/мин, поперечная подача sп=5 мм/дв. ход, глубина резания t=0,01 мм, операционный припуск z=0,1
мм; СОЖ – 5%-ная эмульсия Аквол-6 (ТУ 0258-02400148845-98), подаваемая поливом на деталь с расходом 7–10 л/мин; число дублирующих опытов n=30
34
( v  1;30 ). Переменные условия шлифования представим в виде «dijv», удобном для анализа выходных
параметров процесса с использованием статистических методов. В данном случае индекс d  1; 2 отражает направление расположения шероховатости: 1 –
параллельно вектору sп, 2 – параллельно вектору sпр.
Код i  1;3 отражает форму, размеры и характеристику ВПК: 1А1 200×20×5, i=1 – CBN50 100/80 СТ1 10
К27 100-КФ40, i=2 – ЛКВ 50 160/125 СТ1 10 К27 100КФ40 (АЭРОБОР), i=3 – 01 250×20×76 5SG 46 I 12
VXP. Круги i  1; 2 соответствуют ГОСТ 17123-79, а
i=3 – каталогу фирмы Norton. При этом формы 1 и 01
идентичны кругам прямого профиля. Индекс j  1;3
характеризует принятые меры рассеяния в (6) – (8)
для оценки стабильности процесса, которые рассмотрены ниже. С учетом наружных диаметров ВПК получены скорости резания vкi в м/с: i  1; 2 – 28; i=3 – 35.
В условиях эксперимента поперечная подача задавалась в мм/дв.ход, в связи с чем целесообразно
подробнее остановиться на их назначении. Опускание
ВПК на заданную глубину t вели в момент смещения
продольного стола в крайнее левое положение относительно оператора. С учетом того что ВПК имеет
вращение по часовой стрелке, движение стола слева
направо является рабочим, а срезание металла протекает по схеме встречного шлифования. Тогда обратное перемещение стола вместе с заготовкой становится выхаживающим, формирующим микрорельеф
поверхности в условиях шлифования по вектору sпр.
Параметры шероховатости, ГОСТ 25142-82, (Ra,
Rq, Rz, Rmax, S m )di измерены с помощью системы на
базе профилографа – профилометра модели завода
«Калибр».
Особенности формирования шероховатости при
шлифовании раскрыты в работе [3]. Установлено, что
в формировании топографии поверхности участвуют
пять элементарных погрешностей, среди которых, в
первую очередь, следует выделить кинематический
перенос геометрических характеристик рельефа рабочей поверхности инструмента на заготовку («слепок») и колебания ВПК относительно детали в результате разновысотности зерен на его рабочей поверхности. С учетом их случайной природы возникновения,
анализ экспериментальных данных
 ydiv  , d  1; 2, i  1;3, v  1;30
(1)
представляется целесообразным выполнять с привлечением параметрического и непараметрического
(рангового) методов статистики. В настоящее время
ранговые статистики по своим возможностям приближаются к методу наименьших квадратов. Множества
(1) характеризуются следующими распределениями
частот [5, 6], ГОСТ 5721-1-2002:
 для первого направления, наиболее широко
применяемого в технических приложениях, – средние
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
Механика и машиностроение
ydi  ydi , стандарты отклонений (SD)di и размахи
Rdi=(ymax-ymin)di;
 для альтернативного направления, доказавшего свою актуальность, – медианы ydi и интерквартильные широты ИКШdi=(y0,75-y0,25)di, охватывающие
50% (1).
Для каждого метода первое событие отражает
меру положения (опорное значение), а последующие –
меры рассеяния (прецизионность). В случае различия
между ydi  и ydi при одноименных d и i форма кри-
именного их выявления. В случае значимой вариации
уровней ydi  или ydi с привлечением критериев их
множественного анализа проводится поиск ожидаемых аналогов: yˆ di  или myˆ di ,
d  1; 2 , i  1;3 . Эта
Asdi  6  y  y  / SD  di , d  1; 2 ; i  1;3 , (2)
работа связана с большим объемом вычислений, поэтому проведена в программной среде Statistica
6.1.478.0.
На практике параметрические методы приходится
часто применять «на чужом поле», в частности при
поиске ожидаемых средних в регрессионных и факторных экспериментах. Радикальным способом ослабить неблагоприятные последствия нарушений изложенных ограничений является использование непараметрического метода, который позволяет скорректировать ожидаемые меры положения при одноименных
рассматриваемого при одноименных d и i. Если оказалось, что ydi  ydi , то (2) имеет отрицательную
(3)
вой плотности вероятностей характеризуется асимметрией (скошенностью), которая приближенно вычисляется из выражения
асимметрию, в которой удлинена левая ветвь. В противном случае (Asdi>0) скошенность именуют положительной, т.к. основная часть распределения (1) концентрируется с левой стороны и сопровождается
удлинением правой ветви кривой. Последний сценарий развития событий является более благоприятным,
т.к. повышает вероятность снижения изучаемых параметров шероховатости.
Каждый метод статистики имеет «свое поле» [6],
на котором характеризуется наибольшей эффективностью. Для первого направления важно, чтобы совокупности (1) обладали свойствами нормальности и
гомоскедастичности распределений. Последнее свойство характеризует однородность или гомогенность
дисперсий
отклонений
( SD)2di при неизменном
d  1; 2 и варьировании i  1;3 , т.е. случайность их
рассеяния. Многие параметрические критерии устойчивы, т.е. робастны, при умеренных отклонениях
формы кривой плотности вероятностей от гауссовой,
чего не допускается для дисперсий наблюдений. Игнорирование рассмотренными ограничениями, которые часто встречаются при абразивном шлифовании,
может привести к принятию неверных статистических
решений. В таком случае целесообразно воспользоваться ранговыми статистиками, которые не связаны с
каким-либо конкретным семейством распределений и
не используют его свойства. Методики выбора статистического метода с последующим поиском ожидаемых средних yˆ di  и медиан myˆ di ,
d  1; 2 , i  1;3 ,
изложены в работах [8–10]. В рамках рассматриваемого исследования констатируем, что процедура статистической интерпретации (1) в общем случае включает два последовательно проводимых этапа: одномерный дисперсионный анализ (ОДА) и множественный
анализ мер положения. На первом этапе на заданном
уровне значимости (в нашем случае принято α=0,05)
устанавливается факт присутствия значимого различия между уровнями мер положения
i  1;3 без по-
d  1; 2 и i  1;3 :
Кмdi  (myˆ / yˆ )di .
Оценку режущих свойств кругов i  1; 2 относительно базового 5SG 46 I 12 VXP (i=3) ведем для обеих характеристик одномерного распределения частот
(1) при одноименных d и варьировании
i  1; 2 [3, 11]:
K di  ( yi / y3 )d ,
ˆ  (myˆ / myˆ ) ,
K
di
i
3 d
Кстdi1  (SD3 / SDi )d ,
Кстdi 2  ( R3 / Ri )d ,
Кстdi 3  (ИКШ3 / ИКШi )d ,
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
где в (6) – (8) индексами j  1;3 отражены принятые
меры рассеяния соответственно по (SD, R, ИКШ)di.
Результаты по (4) – (8) позволяют утверждать: если ( K di ,
K̂ di ) < 1 и Кстdij > 1, j  1;3 , то меры поло-
жения и рассеяния при шлифовании базовым кругом
SG превышают соответствующие аналоги для ВПК с
зернами КНБ
i  1; 2 и уступают им по выбранным
критериям стабильности процесса, в противном случае – их превосходят.
Результаты исследования и их обсуждение.
Нуль-гипотезы (Н0) относительно однородности дисперсий
( SD)2di проверены для каждого параметра
шероховатости (k=5) в двух взаимно ортогональных
направлениях для множеств наблюдений (1) по кругам
i  1;3 одновременно. Обнаружено, что основное
требование к (1) по гомоскедастичности распределений по всем изучаемым параметрам, за исключением
высоты неровностей профиля Rz2, не обеспечено процессом шлифования. Из теоретической статистики
известно, что Н0 о нормальности распределений (1) по
критерию Брауна – Форсайта принимается при выполнении неравенства: αdi > 0,5 при фиксированных
d  1; 2 и i  1;3 . В таком случае общее количество
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
35
Механика и машиностроение
анализируемых ситуаций составило N=5×2×3=30. По
критерию Брауна – Форсайта установлено, что Н0 приняты с надежностью αdi=0,53–0,95 для следующих
выходных параметров процесса: (Rq, Rmax)d2, d  1; 2 ,
Sm11, Sm22, т.е. в пяти случаях из шести при работе
ВПК АЭРОБОР, а для поперечного среднего шага при
шлифовании ВПК CBN (i=1). На рис.1, 2 представлены
гистограммы распределений с наложенными кривыми
нормального распределения для параметров (Rmax,
Sm)di, d  1; 2 , i  1;3 . Выбор этих параметров обусловлен тем, что наибольшие шероховатости снижают
усталостную прочность деталей из стали ВНС-2, а
средний шаг остается малоизученным в технологическом обеспечении. На рис. 1,б,д и рис. 2,а,д представлены распределения (1), которые на 5%-ном уровне
признаны нормальными распределениями.
В табл. 1 приведены меры положения шероховатостей по основным параметрам, регламентирующим
качество поверхности. На рис. 3, 4 дополнительно
представлены описательные статистики для тех же
параметров шероховатостей, гистограммы распреде
лений которых проиллюстрированы выше. На рис. 3,а
и 4,а через SDE обозначены стандарты ошибок. По
опытным и ожидаемым медианам просматривается
анизотропия по средним шагам и высотным параметрам. Так, по прогнозируемым медианам имеем:
mSˆm 2i  mSˆm1i при одноименных кругах i  1;3 .
Сказанное более ярко выражено при шлифовании
ВПК ЛКВ 50 (i=2):
mSˆm 22 / mSˆm12  2,7 , что состави-
ло пять категориальных величин (КВ) по ГОСТ 278973. В связи с изложенным средние шаги в продольном
направлении следует регламентировать в конструкторской документации, а выбор режимов шлифования
вести с учетом их минимизации. Установлено, что по
сравнению с кругами ВПК КНБ i  1; 2 инструменты
из синтеркорунда обеспечили снижение высотных мер
положения в поперечном направлении в 1,5–1,9 раза.
Результаты исследования подтвердили данные [2],
полученные при зубошлифовании кругами из синтеркорунда при меньшей зернистости (90 против 46 в ВПК
i=3).
Рис. 1. Гистограммы с наложением кривых нормального распределения для параметров Rmax1i (a, б, в)
и Rmax2i (г, д, е),
i  1;3
Рис. 2. Гистограммы с наложением кривых нормального распределения
для параметров Sm1i (a, б, в) и Sm2i (г, д, е),
36
i  1;3
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
Механика и машиностроение
Предварительный анализ (1) по всем кругам в
обоих ортогональных направлениях d  1; 2 выявил
целесообразность привлечения непараметрического
метода статистики. Приводимые параллельно результаты параметрического тестирования носят вспомога-
тельный характер и позволяют выявить последствия
нарушений гомоскедастичности и нормальности распределений на конечные результаты параметрической
интерпретации (1).
Таблица 1
Влияние характеристик кругов на меры положения шероховатостей
Параметры
Ra1i
Rq1i
Rz1i
Rmax1i
Sm1i
Ra2i
Rmax2i
Sm2
Круги
i
y di
~y
di
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0,52 (0,63)
0,36 (0,40)
0,26 (0,32)
0,66 (0,80)
0,46 (0,50)
0,33 (0,40)
2,00 (2,0)
2,70 (3,2)
1,13 (1,25)
3,13 (3,2)
3,35 (4,0)
1,72 (2,0)
74,11 (80)
53,67 (63)
61,03 (63)
0,07 (0,08)
0,31 (0,32)
0,07 (0,08)
0,52 (0,63)
2,62 (3,2)
0,45 (0,50)
74,39 (80)
140,37 (160)
94,37 (100)
0,47 (0,50)
0,37 (0,40)
0,25 (0,25)
0,60 (0,63)
0,46 (0,50)
0,32 (0,32)
1,81 (2,0)
2,75 (3,2)
1,12 (1,25)
2,90 (3,2)
3,10 (3,2)
1,68 (2,0)
73,85 (80)
52,00 (63)
58,03 (63)
0,07 (0,08)
0,30 (0,32)
0,07 (0,08)
0,47 (0,50)
2,65 (3,2)
0,42 (0,50)
69,92 (80)
140,50 (160)
89,17 (100)
ŷ di
myˆ di
Кмdi
(3)
Kdi
(4)
0,52 (0,63)
0,36 (0,40)
0,26 (0,32)
0,66 (0,80)
0,46 (0,50)
0,33 (0,40)
2,00 (2,0)
2,70 (3,2)
1,13 (1,25)
3,24 (4,0)
3,24 (4,0)
1,72 (2,0)
74,11 (80)
55,51 (63)
59,19 (63)
0,07 (0,08)
0,31 (0,32)
0,07 (0,08)
0,67 (0,80)
2,45 (2,5)
0,49 (0,50)
79,39 (80)
140,37 (160)
89,38 (100)
0,47 (0,50)
0,37 (0,40)
0,25 (0,25)
0,60 (0,63)
0,46 (0,50)
0,32 (0,32)
1,81 (2,0)
2,75 (3,2)
1,12 (1,25)
3,10 (3,2)
3,10 (3,2)
1,68 (2,0)
73,85 (80)
52,00 (63)
58,03 (63)
0,07 (0,08)
0,30 (0,32)
0,07 (0,08)
0,45 (0,50)
2,65 (3,2)
0,45 (0,50)
79,55 (80)
140,50 (160)
79,55 (80)
0,90
1,03
0,96
0,91
1,00
0,97
0,90
1,02
0,99
0,96
0,96
0,98
1,00
0,94
0,98
1,00
0,97
1,00
0,67
1,08
0,92
1,00
1,00
0,89
1,88
1,48
1,00
1,88
1,44
1,00
1,62
2,46
1,00
1,73
1,84
1,00
1,27
0,90
1,00
1,00
4,28
1,00
1,12
6,31
1,00
0,78
1,58
1,00
мкм
K̂ di
(5)
1,88
1,48
1,00
1,88
1,44
1,00
1,62
2,46
1,00
1,84
1,84
1,00
1,27
0,90
1,00
1,00
4,28
1,00
1,00
5,89
1,00
1,00
1,77
1,00
Примечание. Круги i: 1 – CBN50 100/80 СТ1 10 К27 100-КФ40; 2 – ЛКВ 50 160/125 СТ1 10 К27 100-КФ40; 3 – 5SG 46 I 12 VXP; в
скобках – категориальные величины по ГОСТ 2789-73.
Рис. 3. Описательные параметрические (а) и непараметрические (б) статистики для параметров
Rmaxdi,
d  1; 2 , i  1;3
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
37
Механика и машиностроение
Рис. 4. Описательные параметрические (а) и непараметрические (б) статистики для параметров
Smdi,
d  1; 2 , i  1;3
Как видно из табл. 1, опытные средние ydi  и медианы ydi ,
d  1; 2 и i  1;3 при одноименных d и i,
в большинстве случаев различаются внутри одной КВ,
а для параметров Ra1 и Rmax2 возросли до одной КВ.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что
кривые распределений (1) имеют асимметрию (2), которая может быть как положительной, так и отрицательной, о чем свидетельствуют медианные коэффициенты (3): в 15-ти из 24 случаев они получены ниже
единицы и составили Км = 0,67–0,99. Для всех изучаемых параметров снижение ожидаемых мер шероховатости по медианам является благоприятным явлением, т.к. повышает эксплуатационные свойства деталей
машин. Одновременно выявилось, что для большинства параметров шероховатости, за исключением
средних продольных шагов неровностей, опытные и
ожидаемые средние и (или) медианы совпали, т.е.
( y  yˆ )di и (или) ( y  myˆ )di при одноименных d и
i. Это связано с тем, что круги i  1;3 значимо различаются между собой по режущим свойствам. Для поперечных шероховатостей коэффициенты (4), (5) меняются в диапазоне
ˆ = 0,9–2,46, а в проK1i  K
1i
дольном направлении К2i = 0,78–6,31 и
K̂ 2i = 0,9–5,89.
По прогнозируемым медианам продольных средних
шагов показатели работы ВПК 5SG (базового) и
CBN50 (i=1) оказались равноценными, а у круга
АЭРОБОР (i=2) в 1,58 раза ниже. По поперечным
средним шагам, которые не регламентируют качество
получаемой поверхности, с наилучшей стороны проявили себя круги АЭРОБОР, обеспечивающие их снижение на 10% по сравнению с базовым в пределах КВ
= 63 мкм. Для круга CBN50 шаг
mSˆm11  73,85 мкм
возрос на одну КВ, оставаясь в то же время меньше
аналогов в продольном направлении.
38
Стабильность работы кругов особенно важна при
увеличении партии обрабатываемых деталей. Ее
определяют меры рассеяния, приведенные в табл. 2.
Установлено, что при шлифовании кругами i – 1 и 3
они по (SD, R, ИКШ)2i предсказаны значительно ниже,
чем в поперечном направлении. В частности, для параметра Ra1 имеем: ИКШ21 = 0,033 мкм и ИКШ11 = 0,283
мкм – для i=1; ИКШ23 = 0,035 мкм и ИКШ13 = 0,093 мкм
– для i=3. Для ВПК АЭРОБОР анизотропия мер рассеяния выражена в меньшей мере. К сожалению, это
произошло в результате доминирующего их возрастания в направлении вектора sпр вплоть до того, что в
некоторых случаях могут превысить свои поперечные
аналоги.
Обратим внимание на показатели стабильности
(6) – (8) с позиций эффективности их использования.
Чаще всего при управлении точностью процесса выбирают стандарты (дисперсии) отклонений SDdi,
( SD)2di , d  1; 2 , i  1;3 . Иногда для снижения трудоемкости расчетов их заменяют размахами [7]. При
этом никто не учитывает последствий привлечения
параметрического метода, если он оказался, как в
нашем исследовании, «на чужом поле». В такой ситуации нами впервые было предложено обратиться к
непараметрическому показателю прецизионности
(ИКШ)di. В большинстве случаев меры стабильности
процесса по (8) и (6), (7) различаются на качественном
уровне. Например, при шлифовании ВПК i=1 для параметра Ra11 предсказаны коэффициенты: Кст111= 0,43
по (6), Кст112= 0,48 по (7) и Кст113= 0,32 по (8), т.е. во
всех случаях они оказались меньше единицы. При
этом помним, что последняя оценка (8) выступает в
качестве базовой величины для непараметрического
метода. Полученные результаты свидетельствуют о
том, что для параметрического метода воспроизводимость процесса завышена в 1,34–1,5 раза по сравнению с ранговой мерой рассеяния. Только для одного
параметра Sm12 при шлифовании ВПК АЭРОБОР
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
Механика и машиностроение
Таблица 2
Параметр
Ra1i
Rq1i
Rz1i
Rmax1i
Sm1i
Ra2i
Rmax2i
Sm2i
Оценка режущих способностей кругов по мерам рассеяния
SDdi
Rdi
ИКШdi
Круги
i
мкм
j=1 (6)
1
0,153592
0,555
0,28767
0,43
2
0,055689
0,180
0,07000
1,18
3
0,065968
0,268
0,09267
1,00
1
0,195726
0,710
0,35000
0,43
2
0,067675
0,250
0,10000
1,24
3
0,084091
0,335
0,11500
1,00
1
0,552931
1,868
0,89267
0,47
2
0,517609
2,000
0,80000
0,50
3
0,259002
1,084
0,40333
1,00
1
0,941665
3,562
1,66967
0,49
2
0,753719
3,300
0,80000
0,61
3
0,457696
1,695
0,61667
1,00
1
18,56039
81,359
29,76300
0,58
2
8,77431
34,000
14,00000
1,24
3
10,84740
42,613
11,49200
1,00
1
0,029437
0,117
0,03333
0,96
2
0,088292
0,320
0,14000
0,32
3
0,028249
0,123
0,03567
1,00
1
0,209134
0,818
0,22867
0,83
2
0,779891
2,900
1,10000
0,22
3
0,173384
0,798
0,17567
1,00
1
24,67258
111,056 36,53070
1,86
2
22,04929
85,000
29,00000
2,08
3
45,97254
192,471 50,50400
1,00
Кстdij
j=2 (7)
0,48
1,49
1,00
0,47
1,34
1,00
0,58
0,54
1,00
0,48
0,51
1,00
0,52
1,25
1,00
1,05
0,38
1,00
0,98
0,28
1,00
1,73
2,26
1,00
j=3 (8)
0,32
1,32
1,00
0,33
1,15
1,00
0,45
0,50
1,00
0,37
0,77
1,00
0,39
0,82
1,00
1,07
0,25
1,00
0,77
0,16
1,00
1,38
1,74
1,00
Примечание. Круги i: 1 – CBN50 100/80 СТ1 10 К27 100-КФ40; 2 – ЛКВ 50 160/125 СТ1 10 К27 100-КФ40; 3 – 5SG 46 I 12 VXP.
оценки стабильности Кст12j= 1,24–1,25, j  1; 2 , и
Кст123= 0,82 не совпали относительно базового инструмента: в первом случае предсказано ошибочное повышение воспроизводимости процесса, а во втором –
напротив, наиболее вероятное его снижение по интерквартильным широтам. С учетом результатов (8) констатируем:
* Установлено, что стабильность процесса коррелирована не только с характеристикой ВПК, но и с
параметрами шероховатости и их расположением на
поверхности детали.
* Если по служебному назначению детали регламентируются параметры Ra1, Rq1, то наибольшую стабильность процесса гарантируют круги АЭРОБОР.
* Детали из стали ВНС-2 работают при знакопеременных нагрузках, например, в силовых узлах летательных аппаратов, к которым предъявляются повышенные требования по стабильности обеспечения
параметров Rz1, Rmax1 [12]. В этом случае преимущества имеют круги из синтеркорунда. Повысить усталостную прочность деталей позволяют круги АЭРОБОР вследствие снижения средних шагов Sm2 в 1,7
раза по сравнению с базовым инструментом i=3.
* Из всех исследованных абразивных инструментов наименьшую стабильность формирования высотных параметров в продольном направлении предсказали круги АЭРОБОР. Сказанное вероятнее всего
обусловлено увеличением межзеренного пространства вследствие роста размеров зерен в 1,5–1,6 раза
по сравнению с CBN50 100/80 при соответствующем
снижении их количества в эльбороносном слое.
Выводы
1. В условиях нарушения гомоскедастичности и
нормальности распределений (1) показана целесообразность привлечения непараметрического статистического метода для интерпретации экспериментальных данных. В этом случае традиционные параметрические статистики ведут к смещению истинных мер
положения до одной КВ, что отражено в изменении
медианного коэффициента Км= 0,67–1,07.
2. В условиях эксперимента наиболее эффективным показателем оценки стабильности процесса проявил себя коэффициент Кстdi3, который учитывает варьирование интерквартильных широт, до сих пор не
используемых в научных исследованиях и промышленности.
3. Установлено, что по высотным параметрам шероховатости наименьшие меры положения предсказаны для ВПК из синтеркорунда, которые по сравнению
с нитридборовыми инструментами обеспечивают их
снижение на 1–3 КВ.
4. Сопоставление режущих способностей нитридборовых инструментов i  1; 2 показало, что они локально влияют на изучаемые высоты микронеровностей. Так, круги АЭРОБОР (i=2) обеспечивают более
интенсивное снижение параметров Ra1, Rq1 по сравнению с ВПК CBN50 100/80, а последний оказывает более благоприятные условия формирования высот Rz1
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
39
Механика и машиностроение
и Rmax1.
5. По опорным значениям продольных средних
шагов непараметрический метод статистики предсказал, что ВПК 5SG и CBN50 обладают равноценными
режущими способностями.
6. Выявлено, что по прецизионности формирова-
ния поперечных высот шероховатости и средних продольных шагов топографии поверхности деталей
ВНС-2 наиболее высокими режущими способностями
обладают круги АЭРОБОР.
Статья поступила 05.03.2014 г.
Библиографический список
1. Солер Я.И. Шероховатость поверхности при круглом
6. Холлендер М., Вулф Д. Непараметрические методы сташлифовании коррозионно-стойких сталей абразивными
тистики / пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1983. 506 с.
повышенной пористости // Инструмент и технологии XXI
7. Уилер Д., Чамберс Д. Статистическое управление процесвека: сб. докл. международного семинара. Иркутск: Изд-во
сами / пер. с англ. М.: Альпина Бизнес Букс, 2009. 409 с.
ИрГТУ, 2003. С. 124–139.
8. . Soler Ya.I., Lgalov V.V. Predicting the surface microrelief of
2. Старков В.К., Рябцев С.А., Поклад В.А. и др. Сравнительpress mold components in abrasive grinding // Russian engiный анализ работоспособности высокопористых эльборовых
neering research. 2013. Vol.33, No.4. P. 229–235.
и корундовых кругов при профильном зубошлифовании //
9. Soler Ya.I, Prokop’eva A.V. More precise geometric prediction
Технология машиностроения. 2007. № 2. С. 17–22.
of high-speed plates for composite tools in boron-nitride grinding
3. Солер Я.И., Небого С.С., Доморат А.А. Прогнозирование
// Russian engineering research. 2011. Vol.33, No.8. P. 800–
шероховатости плоских деталей из закаленной стали
811.
30ХГСА при различном задании поперечной подачи в усло10. Soler Ya.I., Kazimirov D.Yu. Selecting abrasive wheels for
виях маятникового шлифования высокопористым синтеркоthe plane grinding of airplane parts of the basis surface roughрундом // Вестник Иркутского государственного технического
ness // Russian engineering research. 2010. Vol.30, No.3. P.
университета. 2013. № 7 (78). С. 22–31.
251–261.
4. Унянин А.Н. Научное и технологическое обеспечение
11. Солер Я.И., Нгуен В.Л., Нгуен Ч.К. Прогнозирование точшлифования заготовок из пластичных сталей и сплавов с
ности формы плоских деталей из закаленных сталей при
предотвращением засаливания абразивных кругов: дис... дмаятниковом шлифовании периферией абразивного круга //
ра техн. наук. 05.03.01. Ульяновск: УлГТУ, 2006. С. 41–49.
Международный научно-исследовательский журнал. 2013.
5. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методом
№12 (19). Ч.1. C. 128–134.
статистики / пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1982. 344
12. Инженерия поверхности / Кол. авт.; под ред. А.П. Суслос.
ва. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
УДК 629.7.036.3.018:629.7.036.3-19:629.7.067
СЕРТИФИКАЦИЯ И ВАЛИДАЦИЯ СЕРТИФИКАТА ТИПА АВИАЦИОННОГО ГТД
© В.Т. Шепель1
ОАО «Научно-производственное объединение «Сатурн»,
152903, Россия, Ярославская обл., г. Рыбинск, пр. Ленина, 163.
Рассмотрены особенности Европейской сертификации авиационных двигателей. Показаны особенности представления сертификационного базиса, сертификационных листов соответствия и контрольного перечня соответствия. Описаны особенности использования отечественных конструкционных материалов, сертификации компонентов двигателя, работы с несоответствиями, системы управления конфигурацией авиационных двигателей.
Рекомендованы основные факторы ускорения сроков и удешевления процесса сертификации авиационных двигателей.
Ил. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: сертификация; валидация; летная годность; авиационный двигатель.
CERTIFICATION AND VALIDATION OF AIRCRAFT GAS-TURBINE ENGINE TYPE CERTIFICATE
V.Т. Shepel
NPO Saturn JSC,
163 Lenin pr., Rybinsk, Yaroslavl region, 152903, Russia.
The article considers some aspects of European Certification of aircraft engines. The features of submitting Certification
basis, Certification Compliance sheets and Certification Compliance Checklist are shown. The use of domestic structural
materials is described, as well as the certification of engine components, dealing with nonconformities and aircraft engine
configuration control system. The article recommends key factors to speed up and cheapen the certification of aircraft
engines.
2 figures. 6 sources.
Key words: certification; validation; airworthiness; aircraft engine.
___________________________
1
Шепель Вячеслав Тимофеевич, доктор технических наук, профессор, начальник КО Сертификации, тел.: 89605386407,
e -mail: sshepel@yandex.ru
Shepel Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Certification Design Division, tel.: 89605386407, e -mail:
sshepel@yandex.ru
40
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (87) 2014
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа