Исследование статистических параметров процесса микрорезания при шлифовании

Но сам процесс ЭХП на сегодняшний день мало изучен. Кафедрами «Технология машиностроения» и «Общая химия» был проведен ряд исследований, направленных на выявление оптимальных режимов и состава электролита с точки зрения обеспечения заданных параметров шероховатости поверхности и производительности процесса. В качестве электролитов были использованы фосфорная кислота, фосфорно-кислый раствор, фосфорно-кислый раствор+серная кислота. Эти электролиты являются универсальными в отношении возможности полирования различных металлов и сплавов. Кроме того было исследовано влияние различных параметров на процесс ЭХП - силы тока, напряжение и т.д. Исследования показали, что при одних режимах наблюдается растворение вершин профиля шероховатости, а при других- растворение впадин, а значит, есть ряд режимов, на которых обработку проводить не следует.

Для оценки эффективности процесса ЭХП был разработан ряд критериев:

1. Относительное сглаживание (%) определяли на цилиндрических образцах как отношение разности значений до и после электрохимической обработки к первоначальному значению:

й/н

2. Коэффициент эффективности сглаживания лэф: Данный коэффициент отражает связь между объемом металла и сглаживанием. Значение коэффициента определяется по следующей расчетной зависимости:

Ягн — Ягк

где: Р2П и - высота неровностей до и после электролиза; Ь - толщина растворенного слоя металла, рассчитанная по данным массы образца до и после электролиза, величины его поверхности и плотности металла.

При Яэф = 1 процесс сглаживания неровностей поверхности является наиболее эффективным.

При Лэф < 0 возможно углубление микрорельефа поверхности.

При Лэф > О наблюдается растворение выступов по ширине.

Список литературы

1. Бартл Д. Мудрох О. Технология химической и электрохимической

обработки поверхности металлов. -М., 1961.

2. Гарбер М.И. Декоративное шлифование и полирование. - М., 1964.

3. Жаке П. Электрохимическое и химическое полирование. - М., 1959

4. Масловский В. В. Дудко П.Д. Полирование металлов и сплавов. -

М.,1974.

5. Пяндрина Т.Н. Электрохимическая обработка металлов. - М., 1961.

6. Тегарт А. С. Электролитическое и химическое полирование металлов.

- М„ 1957.

7. Щиголев П.В. Электрохимическое и химическое полирование

металлов. - М., 1958.

8. http://www.polirovanie.ru

А.Б. Переладов, Н.В. Агапова

Курганский государственный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА МИКРОРЕЗАНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Представлены результаты проведенного компьютерного эксперимента и статистического анализа

геометрических параметров срезаемых стружек, в ходе которых были определены пределы изменения длин режущих кромок абразивных зерен, площадей поперечных сечений стружек, их статистические распределения, а также получена корреляционная зависимость вышеуказанных параметров.

Большинство известных расчетных зависимостей использующихся для определения сил резания, действующих на активные режущие зерна абразивного инструмента со стороны заготовки, содержат в качестве переменных средние значения длин кромок вершин абразивных зерен, находящихся «под стружкой» (их проекцию на плоскость, перпендикулярную вектору скорости резания), поперечных сечений срезаемых стружек и соотношение данных параметров. Такие модели являются детерминированными и не совсем адекватно описывают процесс шлифования, который, как известно, носит стохастический характер. Создание и дальнейшее совершенствование статистических моделей процесса в значительной степени сдерживается из-за отсутствия достоверной статистической информации о параметрах микрорезания зернами материала заготовки в процессе работы инструмента.

С целью определения и уточнения статистик вышеуказанных параметров и их корреляции, был проведен эксперимент с использованием ранее разработанной компьютерной модели кинематического взаимодействия зерен, находящихся на рабочей поверхности шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью заготовки [1]. В ходе проведенного эксперимента были получены массивы изображений максимальных поперечных сечений срезаемых стружек для различных характеристик инструмента (номер зернистости шлифматериала -16, 25, 40) и режимов его работы (чистовой, получистовой, черновой). На рисунке 1 приведен пример полученного массива.

Рис.1. Массив изображений максимальных поперечных сечений стружек срезаемых активными зернами

Встроенная подпрограмма регистрации и обработки полученной графической информации позволила получить универсум, состоящий из 700 - 900 сечений срезов в каждом эксперименте с идентифицированными значениями общей длины режущих кромок (I.) и площадей поперечных сечений срезаемых стружек (Э) для каждого сечения. Корреляция параметров 1_ и Э, как показал проведенный регрессионный анализ, удовлетворительно описывается зависимостью:

Индекс корреляции для различных точек экспериментального плана находился в пределах 0,82 - 0,96.

График полученной зависимости и универсум сечений в системе координат приведен на рисунке 2. Полученная зависимость является универсальной для исследованного факторного пространства.

Таким образом, в ходе проведенных исследований, была получена важная статистическая информация, которая может быть использована для теоретических расчетов с использованием вероятностных моделей си-

96

ВЕСТНИК КГУ, 2008. №3

ловых показателей взаимодействия с обрабатываемым материалом единичных режущих зерен. При наличии информации о неоднородности распределения объема сошлифовываемого припуска между зернами в зоне контакта шлифовального круга и заготовки, и размерах самой зоны можно рассчитать, с использованием полученных данных, интегральные силовые характеристики процесса шлифования.

L, мкм

Рис. 2. Массив экспериментальных точек и график корреляционной зависимости

Список литературы

1. Курдюков В.И., Переладов А.Б., Агапова Н.В. Применение компьютерного моделирования для исследования процесса шлифования / Новые компьютерные технологии в промышленности, энергетике, банковской сфере, образовании: Сб. трудов международной научно-техн. конф.-Алушта,1998. - С.45-46.

А.Б. Перепадов, Н.В. Агапова

Курганский государственный университет

ОЦЕНКА РЕЖИМА РАБОТЫ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАТИСТИКО-ВЕРОЯТНОСТНОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ

В данной работе приведена методика оценки режима работы шлифовального круга, разработанная на основе полученных статистических моделей распределения сил резания на режущих зернах и прочности удержания абразивных зерен на рабочей поверхности инструмента.

Подразделяют три возможных режима работы шлифовального круга: осыпание, экономное самозатачивание, затупление, каждый из которых может являться предпочтительным на тех или иных операциях шлифования. Работа круга в определённом режиме зависит от соотношения сил, действующих на режущие зерна (Рре) и прочности удержания последних (Руд). Силы, возникающие при резании, определяются и регулируются режимом шлифования при прочих заданных условиях. На прочность удержания режущих зёрен влияют, в основном, статические характеристики круга: зернистость, рассев, физико-механические свойства абразивного и связующего материалов, объемное содержание компонентов и их соотношение. Чтобы оценить режим работы круга, следует учитывать статистические параметры кинематического взаимодействия инструмента с заготовкой в процессе шлифования, которые позволят получить плотность распределения Рез, а вышеуказанные показатели структуры инструмента -плотность распределения Руд для определенного сочетания учитываемых факторов. Суть оценки режима работы заключается в определении вероятности события Ррез > Руд, (выпадение зерна с поверхности круга) при сопоставлении двух равных по объему статистик.

Для получения статистических данных по силам резания и прочности удержания использовалась разработанная ранее компьютерная модель кинематического взаимодействия инструмента и заготовки, позволяющая определить статистики распределений Ррез и Руд. Данная модель встроена в САПР режимно-инструментального оснащения операций шлифования, которая находится в разработке на кафедре МСИ Курганского госуниверситета. В ходе моделирования на ЭВМ создавалась объемная графическая вероятностная модель рабочей поверхности круга, состоящая из 10000 зерен, и осуществлялась имитация ее взаимодействия с моделью шлифуемой поверхности. Параметры взаимодействия определялись в зависимости от режимов шлифования, других заданных условий, в соответствии с разработанной геометрической схемой. Используемые при моделировании исходные данные: физико-механические характеристики стали, схема шлифования, диаметр круга (DKp), диаметр детали (ddem), скорость круга (VKp) и детали (V), глубина шлифования (t), средний диаметр зерен (d), объемные доли зерен (k) и связки (Кс) в единичном объеме круга, материал абразивных зерен, геометрия вершин зерен.

Изменение интенсивности шлифования позволило получить сведения о влиянии данного фактора на изменение Руд. Для обработки полученных данных использовались методы теории вероятностей и математической статистики. Методом наименьших квадратов были получены параметрические коэффициенты а и b функции распределения плотности вероятности Ррез для чего использовалась встроенная функция MathCADa -genfit: Pix3 = a*exp((-a* Y /2) +b),

где Y =((2*VJ/VJ *

^э

комплексный коэффици-

ент, определяющий интенсивность работы режущих зерен; !)э - коэффициент, учитывающий соотношение йКр, и схему шлифования.

Оценка результатов аппроксимации осуществлялась с помощью индекса корреляции, которая подтвердила адекватность полученной зависимости полученным экспериментальным данным ^ = 0.97).

Аналогично была получена зависимость распределения плотности вероятности для Руд:

Р

а*(К -Ь)3*ехр(-с*(К -b)),

где а, Ь, с - параметрические коэффициенты (полученный индекс корреляции G-0.91).

С учетом статистик распределения параметров Ррез и Руд выведена зависимость, позволяющая получить численное значение оценки режима работы круга:

^ = 0,6• рз/Туд -0,22,

где Р , Руд - моды принятых распределений соответствующих параметров.

На основе выполненных расчетов, проведенных лабораторных проверочных испытаний приняты рекомендуемые интервалы изменения значений оценки и/ для заданных режимов работы инструмента:

1. Режим затупления: 0 < w < 0.015.

2. Режим самозатачивания: 0.015 < w < 0.05.

3. Режим осыпания: w > 0.05.

t

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4

97