МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ РЕШЕНИЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

Они показывают, что основным видом износа в данных условиях является истирание с образованием площадки износа. Второе по значимости место занимает износ за счет частичного разрушения и скалывания. Меньше всего зерен изнашивается путем вырава их из связки, но, в тоже время, видно, что число таких, практически неработающих зерен, достаточно велико и составляет до 5-15% от общего числа зерен. Это прямая потеря эксплуатационных возможностей шлифовальных инструментов. Что касается других разновидностей износа, то наблюдения показали, что они могут периодически переходить из одного вида в другой и обратно. Так зерно, работающее путем износа по площадке, может сколоться, а затем вернуться к прежнему виду износа. Поэтому в графах табл., интерпретирующих данные виды износа, указаны средние значения, учитывающие такой переход.

С точки зрения повышения стойкости зерен, а значит и всего инструмента, более предпочтителен износ по площадке. Поэтому, если сдвинуть баланс износа в сторону износа по площадке и сократить до минимума износ путем вырыва, то можно добиться существенного повышения эксплуатационных возможностей шлифовального круга.

Из табл.1 видно также, что с увеличением номера структуры износ по площадке уменьшается, переходя в износ путем скалывания и частичного разрушения, который ощутимо возрастает (с 21 до 47%). Это обусловлено, видимо, тем, что в более открытых структурах усилия, действующие на каждое зерно, возрастают, поэтому зерна начинают активно крошиться и скалываться.

Марка обрабатываемого материала и его твердость также оказывают влияние на характер износа. В частности, в данном случае видно, что при шлифовании более твердого материала (Р5М5) наблюдается некоторое снижение износа путем вырыва и износа по площадке с одновременным увеличением доли износа путем частичного разрушения и скалывания.

Варьирование режимами резания при испытании моделей кругов показало, что с увеличением глубины резания и подачи наблюдаегся заметный рост доли зерен, вылетающих из связки целиком или полностью раскрашивающихся в ней. Так, при увеличении глубины резания и подачи в пять раз, процент вылетевших или раскоошивших-ся зерен возрастает, соответственно в 5,3 и 2,5 раза.

Большое влияние на интенсивность износа и особенности его протекания, как показали эксперименты, оказывает форма зерен и их эасположение в теле инструмента. Сравнительные испытания кру| иь из ибычных зерен 93А125 и зерен, отсортированных по форме (изотермических, промежуточных, пластинчатых), при плоском шлифовании ста-

ли ШХ15 и сопоставления кривых износа зерен, находящихся в каждом из этих кругов, свидетельствует о том, что чем более правильную изометрическую форму имеют зерна, тем больших размеров у них могут достигать площадки износа. Время работы таких зерен до полного износа больше чем у других, а следовательно, и стойкость инструментов, изготовленных из подобных зерен, становится выше.

Таким образом, исследование износа зерен в шлифовальном круге по предложенной методике еще раз показали, насколько сложно и неоднозначно протекает этот процесс в алмазно-абразивных инструментах по сравнению с лезвийными инструментами. Существует целая группа факторов которые ощутимо влияют на разновидность и интенсивность процесса износа. Зная механизм износа и целенаправленно подбирая и регулируя эти факторы, можно добиться протекания данного процесса в управляемом и прогнозируемом режиме. А это, в конечном счете, даег возможность повысить работоспособность шлифовальных инструментов.

В частности, одним из наиболее действенных рычагов, с помощь-о которого можно решить поставленную задачу, является такой параметр, как форма зерен. Изготавливая шлифовальные круги с контролируемой формой зерен, можно для каждого случая обработки подобрать оптимальный процесс протекания износа и, засчет этого, улучшитэ эксплуатационные показатели инструментов.

Литература

1 .Lindenbeck. D Versuche mit Einkornwerkzeugen И Maschinenmarkt, 1970, Bd. 76, c.1892-1896.

2.Оценка эксплуатационных качеств шлифовального круга путем анализа абразивных частиц / Халисцер X.; ВЦГ-ND-00759. Пер. с англ. яз. - Междунар. конф. по машу-ностр., Бермингем, 1979, с.413-478

З.Расгределение режущих кромок абразивных зерен л режущие свойства при шлифовании на установившемся режиме / Фукуи Я., ВЦП - ND -43114. Пер. с яп. яз. - Сэйми-цу кикай, 1981, т.47, № 10, с. 1192-1197

4.0птоэлектронный чувствительный элемент для измерения износа шлифовального круга / Мозер X.; ВЦП- NL,-43856. Пер. с нем.яз. - Машиненбаутехник, 1982, №3, с.105-108

5.Besugen A., Verkerk Y. Untersuchungen der Schleifkomgeometrie mit dem Rasterelektronenmikroskop '/ Fertigung, Bd., 1971. S.1- 8.

G.Lauer-Schmaltz H., Kluft W. Wie kann mar da3 Zusetzen einer Schleifscheibe messen // Ing. - Anz, 1977, Bd.99, № 5', S.963-968

Морфологический анализ и синтез решений для управления точностью обработки

Е. Ю. ТАТАРКИН, профессор, доктор техн. наук, АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул

Представпена методика проектирования способов управления точностью при механической обработке на основе морфологического анализа и синтеза возможных решений.

Метод морфологического анализа и синтеза решений

основан на комбинаторике. Он заключается в том, что в технической системе, предназначенной для управления точностными параметрами деталей или составляющими погрешности обработки, выделяют основные функциональные и конструктивные признаки, а затем для каждого при-

181Я1 № 4 (21) 2003

ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

знака выбирают различные варианты (альтернативы) его реализации. Массив решений получают в результате комбинации вариантов.

Возможны различные подходы при построении морфологических таблиц. Они могут строиться на базе конс~рук-тивно-функциональных структур (КФС) конкретного прототипа. Строками морфологических таблиц являются признаки (функции или элементы структуры), а столбцами - варианты их реализации. Возможно построение таблиц не только на основе конкретного прототипа, но и на основе обобщения нескольких функциональных структур одного класса. Таблицы строятся либо для определенных точностных параметров деталей (например, отклонений от цилиндрич-ности, эксцентриситета, волнистости и т.п.), либо для составляющих погрешности (упругих и температурных деформаций, вибрации и т.д.), либо для определенных поверхностей и деталей (см. табл.).

Наибольший эффект дает использование таблиц, ориентированных на метод обработки (точение, фрезерование, шлифование и т.д.). Однако это не исключает возможность использования обобщенных таблиц (независимо от метода обработки), которые гозволяют находить принципиально новые решения с их последующей адаптацией к определенному классу деталей.

Анализ функциональных с~руктур технических систем, предназначенных для управления точностными параметрами и составляющими погрешности, их последующая систематизация и создание соответствующих банков данных, исходя из принятой классификации, служит базой для дальнейших перспективных разработок.

Признаки в морфологические таблицы вводятся с учетом их разбивки на подсистемы «Заготовка», «Инструмент», «Упругая система» и т.д., которые могут быть использованы как независимые. Следует выделять признак «офица-тельные явления», т.е. источники погрешностей, используемые для компенсации других погрешностей и управления точностью обработки (вибрации, упругие деформации, износ и т.п.).

Одним из основных признаков является «Процесс». Выполненная декомпозиция системы формирования точностных параметров деталей дает возможность выбирать

нужный «источник информации», использовать его для управления. Ими могут быть мощность резания, сила, вибрация заготовки и ряд других. Признаком может быть используемая энеэгия и/или физико-технический эффект.

Для заполнения морфологических таблиц (варианты реализации функций и структурных составляющих) помимо прототипов необходимо использовать результаты патентного поиска, проводимые с учетом международной патентной классификации (ММК) для определенного метода обработки, варианты реализации аналогичных функций в технических системах более высокого класса и другая информация. Обязательным условием при расширении морфологических таблиц является учет прогнозов и основных законов и закономерностей развития технических систем для совершенствуемого класса (инструментов, приспособлений, способов обработки и т.д.). Положительные результаты дает использование комбинаций взаимоусиливающих вариантов входящих в морфологическую -аблицу и принадлежащих одному признаку. В качестве инструментария для расширения вариантов помимо вышеперечисленных источников применяется фонд эвристических приемов и методы инженерного творчества.

При формировании набора вариантов необходим также следующий анализ:

- рассмотреть возможность исключения отдельных структурных элементов и передачи их функций другим элементам;

- оценить целесообразность разделения многофункционального элемента на несколько более простых;

- рассмотреть возможность передачи нескольких функций автономной подсистеме;

- изменить расположение и последовательность функционирования отдельных подсистем и оценить возможный положительный результат.

Число уровней (строк) зависит от требуемой степени детализации. При описании технических решений (ТР) используют следующий примерный перечень признаков:

- основные элементы технической системы;

- взаимное расположение элементов в пространстве;

- способы и средства связи элементов между собой;

- последовательность взаимодействия элементов во времени;

- особенности конструктивного исполнения элементов (геометрическая форма, материал и т.д.);

- принципиально важные соотношения параметров для технического объекта в целом и его отдельных элементов.

Данные группы соответствуют инстр/ктивным материалам по государственной научно-технической экспертизе изобретений, что позволяет получать при последующем сижезе ТР близкие по своему описанию к патентам.

Имея морфологическую таблицу, сформированную даже из известных решений, можно получить новые более эффективные. Например, если рассмотреть пять резцов, состоящих из пяти элементов различного конструктивного исполнения, то может быть получено 3125 решений. Даже при условии, что 99% из них не отвечают признакам патентной чистоты, то 31 решение будет условно новым.

Морфологическая таблица «Виброустойчивая обработка» Таблица

Признак Варианты

1 2 3 4

1 Технологическая система Жесткость постоянная Жесткость переменная Масса постоянная Масса переменная

2 Геометрические параметры инструмента Постоянные Регулируемые Адаптирующиеся

3 Демпфирующий элемент (расположение) На режущей части На крепежно- соеди-нительной части В корпусе

4 Управляющие параметры режима Глубина Подача Глубина + подача Скорость резания

№4(21) 2003 19