CC BY
74
медианами была наибольшей. Для выделения значимых факторов определялись так называемые «выделяющиеся» точки. Чем больше число «выделившихся» точек и чем больше разность медиан, тем более значим фактор. После обработки данных были определены более значимые факторы Х^ X,, Х5.
Таблица 1
Полуреплики для к=8
Номер опыта Xi Х2 Хз Х4
1 + + + +
2 - + + +
3 + - + +
4 - - + +
5 + + - +
6 - + - +
7 + - - +
8 - - - +
9 + + + -
10 - + + -
11 + - + -
12 - - + -
Уровень Факторы
фактора V So t. <р. г, Материал
м/мин мм/об мм град мм мм режущей части детали
Xi X, X, Х4 X, Хв Х7 Х8
Верхний 119 0.34 1.0 95 0.5 2.5 MC 1465 08Х18Н110Т
(+) Нижний 47 0.07 0.1 30 0 0.5 MC 1460 10X17H13M3T
(-)
Номер опыта Факторы Параметр оптимизации
V м/мин So мм/об t, мм <р. град h, мм г, мм Материал
режу-жу-щей части детали К,(0)
Xi Х2 Хз Х4 X, Х6 Х7 Х8 Yi
1 + - + - - - + + 25
2 + + - + - - - + 18
3 - + + - + - - - 21
4 + - + + - + - - 25
5 + + - + + - + - 24
6 + + + - + + - + 18
7 - + + + - + + - 27
8 - - + + + - + + 24
9 - - - + + + - + 32
10 + - - - + + + - 38
11 - + - - - + + + 24
12 - - - - - - - - 33
Рис. 1. Диаграммы рассеивания результатов наблюдения
Таблица 4
Вспомогательная таблица
В табл. 2 приводятся уровни факторов, а в табл. 3 -полученные с помощью полуреплики план.
Таблица 2
Уровни факторов для отсеивающего эксперимента
+ Xi -Xi
+ х2 -х2 + х2 -х2
+ Х3 + х5 18 - 21 24
-Х5 25 25 27 -
-Хз + Х5 24 38 - 32
-Х5 18 - 24 30
Таблица 3
Матрица планирования и результаты отсеивающего эксперимента
После предварительного выделения значимых факторов проводилась количественная оценка. Для этого строилась вспомогательная таблица (табл. 4) с п=А входами, где п - число выделенных факторов.
На основе построенной матрицы были вычислены построчные дисперсии, определены коэффициенты регрессии модели Ь( Для каждого фактора определялось расчетное значение критерия Стьюдента которое сравнивалось с табличными значением. Табличное значение критерия Стьюдента при 5%-м уровне значимости и числа степеней свободы т = 12 равно 2,179. Так как в расчетных значениях t больше табличного, то факторы статически значимы.
Результаты отсеивающего эксперимента показали, что статистически значимы будут факторы: скорость резания (ХД подача (ХД глубина резания (Х3), износ режущей части по задней грани (Х5).
Список литературы
1. Спиридонов A.A., Васильев Н.Г. Планирование эксперимента при
исследовании и оптимизации технолог ических процессов: Учебное пособие. - Свердловск: УПИ, 1975. -140 с.
2. Ящерицын П.И., Махаринский Е.И. Планирование эксперимента в
машиностроении. - Минск: Вышэйшая школа, 1985. - 286 с.
3. Адлер ЮЛ. Введение в планирование эксперимента. - М.: Металлур-
гия, 1969. - 279 с.
Г.В. Иванцова, А.К. Остапчук, В.Е. Овсянников Курганский государственный университет
К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Электрохимическое полирование (ЭХП) - процесс анодного растворения металлов, в результате которого возникает блеск и улучшается микрогеометрия поверхности. ЭХП было открыто Бейтелем (Германия) и независимо от него русским химиком Е.И. Шпитальским, который получил в 1910 году немецкий патент, а 19 января Е.И. Шпитальскому, работавшему в Московском университете, была выдана привилегия на «способ придания поверхностям металлов и гальванических осадков металлов полировано - блестящего вида». Схема ЭХП показана на рис 1.
Для осуществления электрохимического полирования обрабатываемую деталь, являющуюся анодом (т.е. электродом, соединенным с положительным полюсом источника тока), надо поместить в ванну с электролитом. Вторым электродом служат катоды, изготовленные из
меди. На рис. 1 показано протекание процесса электрохимического полирования. Благодаря специально подбираемому составу электролита и создаваемым условиям (образование пленки 2 повышенного сопротивления) растворение осуществляется неравномерно. В первую очередь растворяются наиболее выступающие точки 3 (выступы), вследствие чего шероховатость уменьшается, а затем исчезает, и поверхность детали становится гладкой и блестящей. Избирательное растворение торчащих элементов протекает с одновременным получением блеска. Удаление крупных выступов 3 называется макрополированием, а растворение микроскопически малых неровностей 4 - микрополированием. Если макро- и микрополирование протекает одновременно, то поверхность приобретает гладкость и блеск. В ряде случаев эти качества могут быть несвязанными друг с другом, т.е. блеск может достигаться без сглаживания, а сглаживание - без блеска.
Рис 1. Схема ЭХП
В процессе электрохимического полирования на поверхности анода (полируемой детали) образуется окис-ная или гидроокисная пленка. Если эта пленка равномерно покрывает поверхность, то она создает условия, необходимые для протекания микрополирования. Внешняя часть этой пленки непрерывно растворяется в электролите. Поэтому для успешного проведения процесса необходимо создание условий, в которых существовало бы равновесие между скоростями образования окисной пленки и скоростью ее химического растворения с тем, чтобы толщина пленки поддерживалась неизменной. Наличие пленки обусловливает возможность обмена электронами между полируемым металлом и ионами электролита без опасности местного разрушения металла агрессивным электролитом. Макрополирование также является процессом, зависящим от наличия прианод-ной пленки. Будучи более толстой в углублениях и более тонкой на выступах, эта пленка способствует их ускоренному растворению, так как на выступах создается более высокая плотность тока, а электрическое сопротивление над ними меньше, чем над углублениями.
Эффективность действия пленки увеличивается с повышением ее внутреннего сопротивления. Электролиты, содержащие соли слабодиссоциирующих кислот, или комплексные соли, повышают сопротивление пленки.
Кроме действия прианодной пленки на течение процесса электрохимического полирования влияют и другие факторы, в частности механическое перемешивание электролита (или движение анода), благоприятствующие утончению пленки за счет ее растворения или уменьшения толщины диффузионного слоя. Электролиты некоторых составов функционируют нормально только при нагреве. Общим правилом является то, что повышение температуры снижает скорость нейтрализации и повышает скорость растворения прианодной пленки. Существенными факторами, влияющими на течение процесса электрохи-
мического полирования, являются также плотность тока и напряжение.
ЭХП, в отличие от механического полирования, отличается: малым съёмом металла, качеством поверхности, возможностью обработки труднодоступных мест, отсутствием дефектного слоя и прижёгов, продолжительностью обработки, отсутствием сложности при полировании больших ровных поверхностей.
Производительность электрохимического процесса чистовой обработки не зависит от механических свойств материала и конфигурации обрабатываемых деталей. Это является одним из его основных преимуществ по сравнению с известными способами механической обработки. Поэтому электрохимическое полирование особенно целесообразно использовать для чистовой обработки деталей из алюминия, коррозионностойкой и жаропрочной стали, молибдена, других вязких или твердых металлов и сплавов. Следует учитывать также, что получаемый в результате электрохимического полирования своеобразный волнистый микрорельеф поверхности весьма благоприятен для деталей, работающих в условиях трения, механических нагрузок, коррозии. При конструировании таких деталей, применяя электрохимическое полирование, можно предъявлять к ним менее высокие требования в отношении параметров шероховатости поверхности.
При ЭХП растворение поверхностного слоя металла не сопровождается коррозией всей остальной его массы. Толщина удаляемого слоя может быть выдержана с достаточной точностью, что позволяет сохранить требуемые размеры инструмента. Благодаря преимущественному растворению микровыступов, повышается чистота поверхности режущих граней, и улучшаются условия их работы. Последнее обстоятельство является причиной облегчения сбегания стружки и уменьшению нагрева инструмента в процессе резания.
Целесообразность применения электрохимического полирования для чистовой обработки инструмента основывается на том, что достигаемое при этом сглаживание шероховатостей поверхности и изменение некоторых ее физико-химических свойств благоприятно сказываются на стойкости инструмента при эксплуатации и на качестве его работы. Чистовая обработка валков прокатных станов, особенно если их поверхность должна соответствовать высоким параметрам шероховатости, отличается большой трудоемкостью. Образующийся при этом поверхностный слой деформированного металла почти всегда имеет скрытые трещины, закатанные инородные включения. При эксплуатации валков с постоянной или переменной нагрузкой этот слой растрескивается, выкрашивается, что приводит к уменьшению срока службы инструмента и ухудшению качества поверхности прокатанного материала. Электрохимическое полирование, удаляя некондиционный слой и одновременно уменьшая шероховатость поверхности, способствует улучшению эксплуатационных характеристик валков.
Но ЭХП можно также применять и для обработки других деталей, работающих в сходных условиях, т.е. в условиях трения и т.д. На сегодняшний день ЭХП очень мало используется на предприятиях и только в качестве вспомогательной обработки, например, с его помощью стравливают окалину и т.д. Внедрение ЭХП на производстве позволит существенно повысить качество продукции и в некоторых случаях снизить также и затраты на производства, например, если применять ЭХП для операции зу-бозакругления, то это позволит отказаться от использования фрез, которые обладают очень низкой стойкостью и производительностью.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4
95
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 (глубина шлифования t = 0,01 мм, круговая подача детали уд = 0,5 м/с, скорость шлифования чк = 35 м/с, диаметр заготовки с(3= 0,6 м, диаметр круга 0Кр= 0,9 м)
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-
