CC BY
20
The assessment sandability aluminum alloys 1933T2 and V95ochT2 highly porous wheel for Norton 37C46K12VP steps parameters microroughnesses Soler Y. , Nguyen Ch. (Russian Federation)
Оценка шлифуемости алюминиевых сплавов 1933Т2 и В95очТ2 высокопористым кругом Norton 37C46K12VP по шаговым параметрам микронеровностей Солер Я. И. , Нгуен Чи Киен (Российская Федерация)
1Солер Яков Иосифович /Soler Yakov - кандидат технических наук, доцент;
2Нгуен Чи Киен / Nguyen Chi Kien - аспирант, кафедра технологии машиностроения,
Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск
Аннотация: представлены результаты исследования влияния шлифования кругом Norton 37C46K12VP на шаговые параметры микрорельефа деталей из высокопрочных алюминиевых сплавов.
Abstract: the effect of grinding circle Norton 37C46K12VP steps parameters microrelief detail of high-strength aluminum alloys.
Ключевые слова: шлифование, средний шаг неровностей, средний шаг местных выступов, мера положения, мера рассеяния, абразивный круг.
Keywords: grinding, average steps of roughness, average steps ofprojections, measure ofprovisions, measure of dispersion, abrasive wheel.
УДК 621.923.1
Шлифование является наиболее производительным и распространённым методом обеспечения высоких показателей точности и качества обрабатываемых поверхностей, что позволяет ему решать проблему обеспечения установленных технических требований к деталям. Многие учёные занимаются данной проблемой и ими выделены наиболее главные параметры, определяющие качество обработанных поверхностей деталей после шлифования: шероховатость и глубина дефектного слоя. Шероховатость является наиважнейшим показателем топографии поверхности, к которой предъявляются высокие требования при изготовлении ответственных высоконагруженных агрегатов авиационной техники из алюминиевых сплавов. Сказанному отвечают высокопрочные алюминиевые сплавы, например: 1933Т2 (а = 480 - 490 МПа, а = 175МПа, К = 42 - 44 МПа. мУ2), В95очТ2 а = 500-550,
<х02 = 430 — 480МПа, К1с = 34 — 36МПа.м1/2) и др. [8]. Среди регламентированных параметров
шероховатости наиболее изученными являются высоты микрорельефа [2]: Ra, Rq, Rz, Rmax. Технологические методы и приёмы управления шагами S и Sm разработаны крайне слабо. Имеется информация по их влиянию на эксплуатационные свойства деталей [4], которая в большей мере касается средних шагов. С их уменьшением возрастают: контактная жёсткость, прочность, в том числе при знакопеременных нагрузках, виброустойчивость, теплопроводность и герметичность. Роль шагов местных выступов представлена более скромно и ограничивается влиянием на фактическую площадь контакта сопряжённых поверхностей.
Методика экспериментального исследования. В работе приняты следующие условия реализации опытов: плоскошлифовальный станок модели 3Г71М, высокопористый круг (ВПК) Norton 01 250*20*76 из
карбида кремния чёрного 37C46K12VP, окружная скорость резания VK = 35 м/с; продольная подача £ = 7
м/мин; глубина резания t = 0,015 мм, поперечная подача £ = 1 мм/дв. ход; операционный припуск z = 0,15 мм; СОЖ - 5 % - ная эмульсия Аквол-6 (ТУ 0258-024-00148843-98), подаваемая поливом на деталь (7-10
л/мин). Образцы с размерами B * В * H = 40 * 40 * 47 мм, шлифуемые по площади B * В. Индекс i = 1; 2 характеризует материал деталей из алюминиевых сплавов: 1 - В95очТ2, 2- 1933Т2. Число дублирующих опытов n = 30 (v = 1; 30). Параметры шероховатости: (S,S ) - измерены с помощью системы на базе профилографа - профилометра модели 252 завода «Калибр» в двух взаимно ортогональных направлениях d = 1; 2: 1- параллельном вектору £п , 2 - параллельном вектору £пр.
Учитывая неустойчивость процесса шлифования и случайную природу формирования выходных параметров их целесообразно изучать с привлечением статистических подходов. В этом случае экспериментальные данные целесообразно представить в виде независимых множеств i = 1; 2 :
{ydiv \d = 1;'2-V = 1;'30. (1)
Статистическая обработка (1) связана с большим объёмом вычислений и проведена в программной среде Statistica 6.1.478.0. В технических приложениях используются два метода изучения (1): параметрический и непараметрический (в частности, ранговый). При этом привлекаются следующие характеристики
одномерного распределения частот (1) [3, 7, 9]: для первого направления - средние у = у , стандарты отклонений (SD)di, размахи R = jy^ — y^J ; для второго направления - медианы , квартальные широты КШЛ = |у075 — у0 25| . Первая частота характеризует меру положения (опорное значение), а
последующие - меры рассеяния (прецизионность). При различии между у и ydj форма кривой распределения имеет асимметрию, которая приближённо вычисляется из выражения: Asdi =[3(У, — y)/SD^ ,d = i = 1;2, рассматриваемого при одноименных d и i.
Влияние непараметрического метода на сдвиг опорных значений оцениваем медианными коэффициентами при одноименных d = i = 1; 2 [5]:
(2)
Оценку обрабатываемости сплава i = 2 относительно базового В95очТ2 (i = 1) ведём для обеих характеристик одномерного распределения частот (1) при одноименных d = 1; 2 [5, 6]:
к* — (У2! -vi )</ > (3)
К,=(тУ2/тУ ,)„> (4)
Кета/i = (SDt / SD2 )d, (5)
^СГЛ2 = (-^1 ! ^2) d 1 (6)
Ксглз = (КШ,/КШ2)„ , (7)
где индексы j = 1; 3 в (5) - (7) отражают принятые меры рассеяния: 1-SDdi , 2- R - для
, т, (кл,к)> 1
параметрических статистик; 3 - КГТТ - для ранговых статистик. Если предсказаны: 4 и
KcrdjJ < 1, то меры положения и рассеяния шероховатостей при шлифовании сплава i = 2 превышают
соответствующие аналоги для базового сплава В95очТ2 (i = 1), уступая тем самым ему по обрабатываемости шлифованием.
Результаты исследования и их обсуждение. Статистический анализ наблюдений показал, что все стандарты отклонений (SD )2di, d = i = 1,2 характеризуются неоднородностью, а кривые плотности распределений вероятности не представляется возможным аппроксимировать кривой нормального распределения, за исключением шага Su , полученного при шлифовании обоих сплавов (Рис.1). В связи с
этим необходимо воспользоваться статистическими решениями, предсказанными непараметрическим методом. Результаты параметрического метода, приведённые ниже, следует рассматривать в качестве вспомогательных. Последнее сделано для подтверждения их недостаточной мощности «на чужом поле» [7].
Рис. 1. Гистограммы с наложением кривых нормального распределения для параметров Sj. при шлифовании
сплавов В95очТ2 (а) и 1933Т2 (б)
В табл.1 представлены опытные и ожидаемые меры положения шаговых параметров шероховатости в полном объёме. Опытные меры положения проанализируем в трёх аспектах: по (2) при постоянных i и d; по (3) при d = C и переменной i; по (3) при i = C и переменной d.
Таблица 1. Оценка шлифуемости алюминиевых сплавов по мерам положения шаговых параметров шероховатости
Параметр Сплав i У, У, У, ту, к.„й (2) (3) К (4)
МКМ
5: 1 8,825(10) 8,731(10) 8,825(10) 8,731(10) 0,99 1,00 1,00
2 9,342(10) 9,276(10) 9,342(10) 9,27(10) 0,99 1,06 1,06
1 76,250(80) 73,554(80) 79,155(80) 74.876(80) 0,95 1,00 1,00
2 82,060(100) 76,199(80) 1,04
S2 1 6,775(8) 6,590(8) 7,006(8) 6,863(8) 0,98 1,00 1,00
2 7,237(8) 7,135(8) 1,08
sm2 1 79,971(80) 66,981(80) 81,865(80) 72,34(80) 0,88 1,00 1,00
2 83,758(100) 77,699(80) 1,16
Примечание. В скобках указаны КВ [21: Сплавы г 1 - В95очТ2: 2 - 1933Т2
В первом случае при шлифовании обоих сплавов все опытные медианы, за исключением параметра S 22 , оказались меньше средних в пределах категориальной величины (КВ) [2]. Для средних шагов в
продольном направлении S 22 при шлифовании деталей 1933Т2 различие в шагах возросло до одной КВ: у22 = 77,7(80) мкм и у22 = 83,76 (100) мкм. На втором этапе рассмотрения мер положения обнаружено, что по опытным медианам все (3) оказались больше единицы: К = 1,04 —1,06; К22 = 1,08 —1,16, т. е. по опытным медианам шаги s S для сплава 1933Т2 оказались больше, чем их аналоги для деталей В95очТ2. По
прогнозируемым медианам все (4), за исключением К12 = 1,06 для шага S12, предсказаны равными
единице, т. е. на 5%-ом уровне ожидаемые медианы S, S2., i = 1; 2 извлечены из общих генеральных совокупностей и оцениваются общими величинами.
Влияние расположения шагов в сечениях d = 1; 2 при постоянной i в таблице не представлено. Оно дополнительно рассчитано: ~ / ~ = 1,32; £,/= 1,3; ~ = 0,91; ~ „ = 1,02. Представленные
результаты показывают, что поперечные шаги по вершинам оказались больше своих продольных аналогов в 1,3-1,32 раза. По прогнозируемым средним шагам оно представлено величиной mSu/mS22 = 1,35.
Полученные результаты по шагам S и S оказались ближними к тем, которые имеют место при
шлифовании других материалов. Получено, что в обоих направлениях d = 1; 2 они оказались практически
равными и характеризуются для обоих сплавов величиной т^ ^т^' ~ Известно, что для стальных заготовок продольные средние шаги всегда превышают свои поперечные аналоги не менее чем в 1,4 - 1,9 раза [10].
Таблица 2. Оценка шлифуемости деталей из алюминиевых сплавов по мерам рассеяния
В условиях нарушений гомоскедастичнос ти и нормальности распределений для большинства выходных параметров процесса приоритет при оценке прецизионности
формирования шагов отдан КШ. В табл. 2 коэффициенты (6) - (8), характеризующие влияние марок сплава
Параметр Сплав i SDdi Rdi КШ i К Ксщ
мкм j=1 (6) j=2 (7) j=3 (8)
S1 1 0,734 2,759 1,1 1,00 1,00 1,00
2 1,073 3,991 1,5 0,68 0,69 0,73
Sm, 1 24,110 91,453 30,748 1,00 1,00 1,00
2 23,306 94,606 25,687 1,03 0,97 1,20
S2 1 1,159 4,434 1,612 1,00 1,00 1,00
2 1,255 5,937 1,444 0,92 0,75 1,12
Sm 2 1 29,721 114,161 39,071 1,00 1,00 1,00
2 42,366 235,752 38,644 0,70 0,48 1,01
Примечание. Сплавы i: 1 - В95очТ2; 2 - 1933T2
на прецизионность формирования шагов, просчитаны по всем мерам рассеяния. В практическом отношении нас интересуют величины этих коэффициентов: если они предсказаны больше единицы, то базовый вариант по прецизионности процесса уступает альтернативному, а в противном случае - его превосходит. С позиций статистики данные, представленные в табл. 2, позволяют констатировать, что отсутствует 100%-ная уверенность в надёжности использования параметрических мер рассеяния «на чужом поле». В первом случае коэффициенты стабильности различаются на так называемом «качественном уровне». Под этим подразумеваем результаты, когда все коэффициенты (6) - (8) представлены величинами, предсказанными одновременно больше или меньше единицы. В этом случае в табл. 2 детали из сплава В95очТ2 исключены из рассмотрения, поскольку этот сплав является базовым и принят в качестве начала отсчета. Так, для
сплава 1933Т2 отмеченная ситуация сложилась для шагов S12. При этом коэффициенты стабильности оказались очень близкими: КСП2. е [0,68;0,73], j = 1;3. Для остальных шагов оценки различаются по
характеру самой прецизионности. Наиболее ярко сказанное выражено для шага S22 '■ по (8) стабильность шлифования сплава 1933Т2 предсказана выше, чем базовых деталей i =1, а по (6) - (7) - напротив, оказалось ниже. Таким образом, меры рассеяния параметрического метода: SDt, R - «на чужом поле»
показали свою несостоятельность. По КШ^.для параметров S22, Smd2, d = 1;2 большая стабильность процесса ожидается для деталей из сплава 1933Т2.
Параметрические оценки мер рассеяния: SDdi и Rdi - коррелированы между собой [3, 6]. При этом
размахи используются в производственных условиях чаще дисперсий отклонений при управлении точностью обработки по контрольным картам Шухарта и обеспечивают снижения объёма вычислений. Выводы
1. В условиях нарушений гомогендастичности и нормальности распределений привлечение непараметрического метода статистики оказалось оправданным.
2. По мерам положения детали из сплавов i = 1; 2 характеризуются общими ожидаемыми медианами, за исключением параметра S .
3. Шаги по выступам в поперечном направлении предсказаны на 30 % больше, чем в продольном. Это соответствует общим закономерностям их формирования при шлифовании деталей из сталей. Относительно средних шагов выявлены новые тенденций, отмеченные снижением их анизотронности в двух взаимно
ортогональных направлениях d = 1; 2.
4. По КШ для параметров S22, Smd2, d = 1;2 большая прецизионность шлифования предсказана для деталей из сплава 1933Т2.
Литература
1. ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения. Введ. 01.01.1983. М.: Изд-во стандартов, 1982. 20 с.
2. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения. Введ. 01.11.1975. Взамен ГОСТ 2789-1959. М.: Изд-во стандартов, 1973. 10 с.
3. Закс Л. Статистическое оценивание / пер. с нем. М.: Статистика, 1976. 598 с.
4. Кремень З. И., Юрьев В. Г., Бабошкин А. Ф. Технология шлифования в машиностроении; под общ. ред. З. И. Кремня. СПб: Политехника, 2007. 424 с.
5. Солер Я. И., Небого С. С., Доморат А. А. Прогнозирование шероховатости поверхностей плоских деталей из закаленной стали 30ХГСА при различном задании поперечной подачи в условиях маятникового шлифования высокопористым синтеркорундом. Вестник ИрГТУ, 2013. № 7 (78). С. 22-31.
6. Уилер Д., Чамберс Д. Статистическое управление процессами/ пер. с англ.М.: Альпина Бизнес Букс, 2009. 409 с.
7. Холлендер М., Вулф Д. Непараметрические методы статистики/ пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1983. 506 с.
8. Сенаторова О.Г., Грушко О.Е. Новые высокопрочные алюминиевых сплавы и материалы. [Электронный
ресурс]. Режим доступа: URL: http://viam.ru/public/files/2006/2006-204669.pdf. (дата обращения:
15.04.2015).
9. ГОСТ Р ИСО 5726-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерения.Ч.1.Основные понятия и определения. Введ.01.11.2002.М.: Изд-во стандартов, 2002. 24 с.
10. Солер Я.И., Шустов А.И., Прокопьева А.В. Предсказание средних шагов шероховатости при маятниковом шлифовании быстрорежущих пластин Р12Ф3К10М3 нитридборовыми кругами высокой пористости // Актуальные проблемы в машиностроении: мат. I междун. научно-практ.конфер. (г. Новосибирск, 26 марта 2014 г.). Новосибирск: НГТУ, 2014. С. 279-285.
