Прогнозирование шероховатости поверхностей плоских деталей из закаленной стали 30ХГСА при различном задании поперечной подачи в условиях маятникового шлифования высокопористым синтеркорундом Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 629.923.1

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ 30ХГСА ПРИ РАЗЛИЧНОМ ЗАДАНИИ ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧИ В УСЛОВИЯХ МАЯТНИКОВОГО ШЛИФОВАНИЯ ВЫСОКОПОРИСТЫМ СИНТЕРКОРУНДОМ

© Я.И. Солер1, С.С. Небого2, А.А. Доморат3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Выявлены высокие режущие способности кругов из синтеркорунда высокой пористости, что обеспечивает однородность дисперсий отклонений для большинства параметров шероховатости. Установлено, что метод задания поперечной подачи коррелирован с высотными параметрами в поперечном сечении и средним шагом в направ-

1Солер Яков Иосифович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, тел. (3952) 405459, e-mail: [email protected]

Soler Yakov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, tel.: (3952) 405459, e-mail: [email protected]

Небого Сергей Сергеевич, магистрант, тел.: 89086544241, e-mail: [email protected] Nebogo Sergey, Graduate student, tel.: 89086544241, e-mail: [email protected]. 3Доморат Алексей Александрович, студент, тел.: 89526337517, e-mail: [email protected] Domorat Aleksei, Student, tel.: 89526337517, e-mail: [email protected]

22

ВЕСТНИК ИрГТУ №7 (78) 2013

лении продольной подачи. Для снижения мер положения и повышения стабильности процесса следует работать с поперечной подачей на ход стола. В этом случае повышается надежность и долговечность высоконагруженных деталей из стали 30ХГСА. Табл. 3. Библиогр. 11 назв.

Ключевые слова: шлифование; абразивный круг; шероховатость; поперечная подача; статистика.

PREDICTING SURFACE ROUGHNESS OF FLAT PARTS MADE OF 30ХГСА HARDENED STEEL UNDER DIFFERENT WAYS OF CROSS FEED SETTING WHEN RECIPROCATING GRINDING BY HIGHLY POROUS SINTERED CORUNDUM

Ya.I. Soler, S.S. Nebogo, A.A. Domorat

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

It is revealed that wheels made of highly porous corundum have increased cutting abilities. This ensures the homogeneity of deviation variances for the most of roughness parameters. It is determined that the method of setting the cross feed is correlated with the height parameters in the cross section and an average pitch in the longitudinal feed direction. In order to reduce the mean and median performance and increase the stability of the process a cross feed per table stroke should be used. In this case, the reliability and durability of highly loaded parts made of 30 ХГСА steel increase. 3 tables. 11 sources.

Key words: grinding; abrasive wheel; roughness; cross-feed; statistics.

На завершающем этапе технологического процесса изготовления ответственных плоских деталей в условиях мелкосерийного производства широкое распространение получили плоскошлифовальные станки, работающие периферией абразивного инструмента с прямолинейным возвратно-поступательным перемещением стола. В этом случае используют одну из альтернативных схем задания поперечной подачи:

^, * = 12, где 1 - на двойной ход, мм; 2 - на ход, мм.

В нормативной документации и на рабочем месте выбору этого технологического приема не уделяется должного внимания. Обычно ограничиваются тем, что сохраняют производительность процесса, предполагая неизменность его качественных характеристик.

В данном исследовании была поставлена задача: выявить влияние способа реализации поперечной подачи на шероховатость деталей из закаленной стали 30ХГСА, которая широко используется на самолетостроительных предприятиях.

В технологической системе процесса шлифования наиболее слабым звеном служит абразивный круг, который доминирует как в обеспечении производительности процесса, так и в формировании качества получаемой продукции. В работе использованы абразивные инструменты, которые появились на российском рынке сравнительно недавно. В них режущими элементами служат зерна микрокристаллического корунда - синтеркорунда спеченные по специальной золь-гель технологии. Зерна превосходят электрокорунд белый и приближаются к кубическому нитриду бора, а по стоимости существенно дешевле последнего. Стойкость кругов в 10-20 раз выше, чем у инструментов из традиционных абразивов [1].

Особенности формирования поверхности при шлифовании. Условия формообразования поверхности деталей при шлифовании кардинально отличаются от тех, которые имеют место при резании лезвийными инструментами. Это связано, прежде всего, с особенностями абразивного инструмента. Его режу-

щую способность невозможно охарактеризовать детерминированной величиной. Зерна абразивов имеют произвольную геометрическую форму, хаотическое расположение на рабочей поверхности высокопористых кругов (ВПК) и разновысотность как в радиальном, так и в осевом направлении. Сказанное усугубляется многопроходностью съема металла при маятниковом шлифовании.

Следует признать, что ряд наиважнейших показателей процесса - углы резания зерен, толщины среза каждой кромки и их суммарное количество, участвующее в работе - представляют собой случайные величины (СВ). В таком случае изучение процесса шлифования следует вести с привлечением вероятностно-статистических подходов. Для облегчения вычислений в исследовании привлечена программа Statistica 6.1.478.0.

Топография поверхности - наиважнейший показатель, формирующий качество изготовления деталей машин и соединений. Гипотетически средняя высота профиля шероховатости без учета весовых коэффициентов представляется следующим выражением [2, 3]:

5

R =Z hm

(1)

где Ь - составляющая профиля, формируемая кинематическим переносом геометрических характеристик рельефа рабочей поверхности инструмента на заготовку; Л2 - составляющая профиля, возрастающая с увеличением амплитуды относительных колебаний круга и заготовки в результате разновысотности абразивных зерен; й3 - составляющая, учитывающая пластическую деформацию заготовки при врезании зерна в металл с образованием высот навалов по боковым сторонам шлифовочных рисок; Л4 - составляющая, обусловленная адгезионным взаимодействием абразивного инструмента с заготовкой; й5 - составляю-

m=1

щая, являющаяся результатом упругих отжатий зерен ВПК.

При шлифовании закаленной стали 30ХГСА в (1), по всей вероятности, следует ожидать снижение составляющих h и h в результате малой пластичности материала детали, более высокой остроты режущих кромок зерен 5SG по сравнению с традиционными электрокорундами и лучшего выравнивания наиболее выступающих зерен в черепке более податливого инструмента. В то же время наличие крупных пор в ВПК может вызвать рост составляющей \ . Эту гипотезу подтверждает тот факт, что для поддержания шероховатости на прежнем уровне рекомендуют в ВПК снижать крупность зернового состава основной фракции на одну-две позиции [4].

Формирование поверхности детали следует рассматривать с учетом доминирующей роли отдельных параметров микрорельефа и направления их расположения на ее эксплуатационные свойства: повышение контактной жесткости, износостойкости, виброустойчивости, теплопроводности, прочности посадок и герметичности - снижение Ral, Sm2 и возрастание

tp2; повышение прочности и усталостной прочности -

снижение R^Sm2 [2, 5, 6]. Направление каждого

параметра шероховатости выбрано с учетом его наиболее неблагоприятного воздействия на деталь. Так, для высотных и шаговых параметров необходимо снижать их наибольшие величины, соответственно, в направлениях d: 1 и 2, а для относительных опорных длин неровностей - увеличивать их наименьшие величины в продольном направлении. Для более тщательной оценки микронеровностей по сечениям p воспользуемся дополнительными характеристиками в соответствии со стандартом ISO 13565:

Rpk, p е[0,15%] - высоты выступов, активно изнашивающихся в период приработки пары трения в начале эксплуатации;

R, p е[15,75%] - основа профиля, определяющая ее несущую способность под нагрузкой;

Rvjfc, p е[75,100%] - глубина впадин профиля,

влияющая на процессы усталостного разрушения [6].

Интерпретация экспериментальных данных с привлечением статистических методов. Анализ наблюдений при шлифовании целесообразно вести с привлечением статистических методов: параметрического и непараметрического. В этом случае наблюдения представляют в виде последовательности е-ых множеств:

(Уег } e = 1, k, V = 1, П,

(2)

которые желательно извлекать из генеральных совокупностей равного объема п. В (2) возможно провести поиск следующих одномерных распределений частот [7-9], ГОСТ Р ИСО 5721-1-2002:

• мер положения (опорных значений), которые соответственно представлены:

- в параметрических статистиках - средними

Л = у.; (3)

- в непараметрических статистиках (с ранжированием) (2) - медианами

Уе; (4)

• мер рассеяния, характеризующих стабильность процесса:

- по стандартам отклонений БВе (дисперсиям Ж^2) и размахам Яе =(утах - Утп )е - для (3);

- по интерквартильным широтам |у0 75 -у0 25| -для (4);

• мер формы распределений, в частности асимметрии (скошенности), приближенно представляемой из выражения

A = [3(y - у)/SD\.

(5)

Знак «• » при индексах « е. » в (3) свидетельствует о проведении процедуры поиска средней по дублирующим наблюдениям V = 1; п для е-той последовательности (2). Этот прием широко используется в дисперсионном анализе (ДА) с целью адресной идентификации средних по нескольким независимым переменным.

Каждый из статистических методов имеет свои области эффективного использования («свое поле» по терминологии [9]). Для параметрического метода статистики необходимо и достаточно, чтобы (2) удовлетворяли гомоскедастичности (синонимы: гомогенность и однородность) и нормальности распределений. При этом допустимы слабые отклонения СВ от гауссового распределения и исключено для дисперсий отклонений. Дело в том, что в ДА закономерное варьирование отклика находится путем сопоставления средних сумм квадратов, среди которых присутствует дисперсия отклонений (средний квадрат по терминологии ДА) [5].

К большому сожалению, в теоретической статистике допустимые нарушения нормальности распределений (2) не оговорены, а при шлифовании встречаются достаточно часто. Это делает привлечение непараметрических статистик более привлекательным, поскольку они не связаны с каким-либо семейством распределений и не используют его свойств.

Свойство нормальности распределений (2) проверено по критерию Шапиро-Уилка (Щ, для которого нуль-гипотеза (Н0) принимается при условии:

W>0,974,

(6)

где 0,974 - критическая статистика (при уровне надежности а>0,5 и объеме выборки п=30).

Принятие Н0 относительно гомоскедастичности

дисперсий отклонений проведено с привлечением статистик Хартли, Кохрена и Бартлетта, которые, по нашим исследованиям, предъявляют наиболее строгие требования к рассеянию наблюдений по сравнению с критериями Левена и Брауна-Форсайта. Условием случайного различия дисперсий отклонений (их однородности) служит неравенство:

а<0,05,

(7)

где а - надежность критерия H0 .

Методика поиска ожидаемых средних уе и медиан туе подробно изложена в работах [8, 9]. В данном

исследовании анализируются два множества (е=2). Формально для их интерпретации достаточно воспользоваться первым этапом исследования - одномерным дисперсионным анализом (ОДА). Однако нами дополнительно реализован 2-й этап: множественный анализ мер положения, который выявил в ряде случаев несовпадение принимаемых статистических решений. Количественную оценку стабильности

процессов e —1, k выполним путем сопоставления их индексов воспроизводимости [6]:

CPe = [(USL - LSL)/6SD]e

(8)

где USL, LSLe- наибольшее и наименьшее предельное отклонение e-той последовательности соответственно (2); SDe - её выборочный стандарт отклонений.

Методика эксперимента. Натурные опыты проводили на плоскошлифовальном станке модели 3Г71 фирмы NORTON; ВПК - 01 250х20х76 5SG46I12VXP; схема шлифования - маятниковая периферией ВПК без выхаживания; технологические параметры: скорость круга vK = 35 м/с, продольная подача s = 7мм/мин , глубина резания t=0,015мм, операционный припуск г=0,15мм, поперечная подача sm.

i = 1,2: 1 - snl =1мм/дв.ход, 2 - sn2 =0,5 мм/ход; СОЖ - 5%-ая эмульсия Аквол 6 (ТУ 0258-02400148843-98), подаваемая поливом на деталь в количестве 7-10 л/мин; образцы из закаленной стали 30ХГСА (ав = 1000МПа, 8 = 9%, = 45%) с размерами 0хН=40х30 мм, шлифуемые по круглому торцу; число дублирующих опытов n=30 (v = 1;30). Состояние микронеровностей шлифованной поверхности представлено следующими параметрами (ГОСТ

25142-82): Ra, Rq, R, R^, S, Sm, tp, p = 5^95%,

которые измерены с помощью системы на базе про-филографа-профилометра мод. 252 завода «Калибр» в двух взаимно ортогональных направлениях

(d = 1; 2), параллельных векторам подач:

1 - ^ ( Ки , ^0(1,) и т.д.); 2 - ^ ( 2, , ^40(2,) и т.д.), i — 1; 2. В условиях эксперимента индекс «e» в (2)

заменен на « Ш ».

Современная теория эксперимента с поиском моделей многомерного ДА базируется на параметрическом методе, поэтому предсказанные средние откликов нуждаются в уточнении с использованием медианного коэффициента при одноименных Ш —, — 1; 2:

(K )dl= (my / y)

di'

(9)

Для оценки влияния переменных условий шлифования на формирование топографии поверхности воспользуемся поправочными коэффициентами относительно первоначальных точек отсчета (базовых элементов), в качестве которых выбраны Ш —, — 1.

Так, влияние способа задания 5п;,, — 1; 2 при неизменном d=1 представим: • по мерам положения:

Ku = my12/ myn;

по мерам рассеяния:

( Ksd)u = (Cp )!2/(Cp )u.

(10)

(9)

Приняв одинаковый допуск на рассеяние наблюдений (2): (Ц5Ь - Ь5Ь)И — (ШЬ - Ь5Ь)12, в окончательном виде получим:

(Ksd)u = (SD)u/( SD\

(11)

Для оценки изотропности свойств поверхностей в (10), (11) переменной принимаем d при неизменном способе реализации подачи (/-1 или 2). Тогда получаем соответственно коэффициенты:

Кш^ (К5Ю)Ш1 и КШ2, (КБЮ)Ш2-

На заключительном этапе эксперимента режущие способности исследуемого круга из микрокристаллического корунда (у'=1) были сопоставлены с двумя ВПК

из электрокорунда {7 — 2; э): 2 - 25Р46М 12У5 - ПО, 3 - 25Р46М12У5 - ПО3 (производитель - ОАО «Луж-ский абразивный завод»). Сопоставление кругов вели с заданием подачи £п1, т.е. на двойной ход. Выходные параметры процесса (2) представим в виде: у — Уд,7 — 1; Э. Оценку кругов российского произ-

водства j = 2; 3 характеризуют коэффициенты:

kji = myjJ myn;

(12)

9

9

9

(Kd j =(SD)j1 /(SD )n.

(13)

Результаты исследования и их обсуждение. В

табл. 1 представлены основные сведения по статистической интерпретации (2) для высотных и шаговых параметров в полном объеме в двух направлениях

d = 1; 2, для относительных опорных длин профиля - выборочно с учетом рекомендаций по ISO 13565:

R -1 •

Rpk l15(di);

R -1 t •

Rk l30(di), l50(di);

Rk -1

85(di) ,

ё = г = 1; 2. Значения коэффициентов (9)-(11) даны в табл. 2.

Анализ данных табл. 1 показывает, что нуль-гипотезы по (6), (7) в полном объеме для (2) принят по

параметрам: , ЯдЬ ^50(2,), г =1; 2Треб°-

вание относительно однородности дисперсий отклонений удовлетворено на 68% и 96% для поперечных и продольных параметров соответственно. Дополнительно во всех случаях распределения (2) для относительных опорных длин

1р(и), Р ^[5%,95%], г = 1;2 обладают свойством гомоскедастичности. Результаты нормальности распределений по направлениям ё = 1; 2 обеспечены: d=1 - на 36% при работе с 5п в мм/дв.ход (/=1) и на 12% при подаче 5п на каждый ход; d=2 -по 16 и 32% соответственно. Общее количество принятых Н0 по каждому направлению составило по 24%. С учетом результатов (6) поиск мер положения (2) решено вести с привлечением непараметрического метода статистики, который не связан с каким либо конкретным семейством распределений. Ожидаемые средние позволяют полно оценить эффективность ранговых критериев «на своем поле».

Отметим, что нормальность распределений не всегда сопровождается равенством средних и медиан (как утверждается в теоретической статистике). В условиях эксперимента проанализированы выборки (2) для ста различных ситуаций: N = 25 х ёх г = 25 ■ 2 ■ 2 = 100, где 25 - общее количество анализируемых параметров шероховатости при постоянных d и /. Среди них принято 24 нуль-гипотезы, а идеальное совпадение средних с медианами достигнуто для трех параметров:

Да\ 1, Я?п и Я?12. Это связано с принятием Н0 (6) с

долей ошибки. Для практических целей нами рекомендовано воспользоваться медианным коэффициентом (9). Из табл. 2 видно, что количество Км = 1 возросло до 31, в том числе: 19 - в поперечном направлении и 12 - в ортогональном к нему. Эти результаты свидетельствуют о том, что статистические методы предъявляют весьма высокие требования к нормальности распределений по критерию Шапиро-Уилка, который излишне жестко ограничивает область использования параметрических методов статистики в инже-

нерном анализе. Величины К^ е[0,78;1,02] ^ 1,

ё = г = 1; 2 характеризуют скошенность (5) распределений (2). Оказалось, что только в одиннадцати случаях (2) представлены положительной асимметрией, при которой ожидаемые медианы предсказаны меньше средних. Для высотных и шаговых параметров данное явление повышает эксплуатационные свойства отшлифованных деталей, а для относительных опорных длин профиля, напротив, их снижает.

Представленные в табл. 1 величины опорных значений и прецизионности обсудим с позиций статистики и технологии шлифования. Касаясь первого вопроса, можно однозначно утверждать, что в подавляющем большинстве случаев ожидаемые меры положения (у, шу)т при одноименных d,/ оцениваются близкими величинами. В частности, для высотных параметров ё = 1; 2, за исключением 2, оба опорных

значения не вышли за пределы одной категориальной величины (КВ) по ГОСТ 2789-73. Для наибольших высот профиля имеем: у12 = 0,65(0,8*) мкм,

шу12 = 0,62(0,63*) мкм и у22 = 0,3(0,32*) мкм,

шу22 = 0,33(0,4*) мкм. Для поперечной наибольшей

высоты профиля «своим полем» является параметрический метод (табл.1): приняты Н0 по (6) и (7); для параметра Ятх22- непараметрический метод: Н0 по (6),

(7) отклонены. В обоих случаях разности между средними и медианами не превысили 0,02-0,03 мкм, а различие по КВ возникло по причине того, что их меры положения предсказаны на границе двух стандартных значений шероховатостей. С позиций технологии шлифования выбор подачи 5п2 на ход стола по сравнению с альтернативным вариантом /=1 позволил на 5%-ом уровне значимости предсказать снижение высотных параметров шероховатости, параллельных вектору 5п, и средних шагов профиля в направлении подачи 5 (ё = 2) на одну КВ. При этом следует

напомнить, что эти параметры регламентируют указанные выше свойства поверхности. В дополнении к сказанному повышается изотропность свойств поверхности деталей в двух взаимно ортогональных

направлениях ё = 1; 2 в результате сближения их величин.

Количественно преимущества задания подачи 5п2 на каждый ход стола отражены в табл. 2.

Коэффициенты К1г, К2г и КЛ по (10) характеризуют её эффективность перед 5п1 по снижению поперечных высотных параметров, продольного среднего шага и анизотропии свойств поверхности соответственно. Это обеспечивается возрастанием интерференции положений рабочих зерен в 2 раза, которая уменьшает ^ в (1) и шаги , £и2. Из табл. 1

Таблица 1

Результаты проверки (2) на гомоскедастичность (7), нормальность (6) распределений, ожидаемые _меры положения и рассеяния_

Параметр г Но У с щ Ушт г Ушах г

по (7) по (6)

Ки . мкм 1 Но Но 0.11 (0.125х) 0.11 (0.125х) 0.02811 0.053(0.063х) 0.180(0.20х)

2 Но 0.09(0.10х) 0.08(0.10х) 0.02610 0.041 (0.05х) 0.153(0.16х)

КдИ , мкм 1 Но Но 0.14(0.16х) 0.14(0.16х) 0.03757 0.060(0.063х) 0.237(0.25х)

2 Но 0.11 (0.125х) 0.11 (0.125х) 0.03319 0.053(0.063х) 0.197(0.20х)

Ки. мкм 1 Но Но 0.51 (0.63х) 0.52(0.63х) 0.13298 0.157(0.16х) 0.790(0.80х)

2 Н1 0.46(0.50х) 0.45(0.50х) 0.11565 0.220(0.25х) 0.750(0.80х)

^шах ,мкм 1 Но Но 0.78(0.8х) 0.74(0.8х) 0.22911 0.277(0.32х) 1.403(1.6х)

2 Но 0.65(0.8х) 0.62(0.63х) 0.17935 0.325(0.40х) 1.080(1.25х)

йи. мкм 1 Но Н1 5.85(6х) 5.81 (6х) 0.36956 5.280(6х) 6.660(8х)

2 Н1 5.44(6х) 5.48(6х) 0.50932 4.494(5х) 6.297(8х)

й мкм 1 Н1 Н1 44.79(50х) 40.91 (50х) 20.92530 28.220(32х) 142.013(160х)

2 Н1 35.59(40х) 35.11 (40х) 6.24609 25.997(32х) 49.533(50х)

*15(1 г) . % 1 Н1 Н1 6.35 5.74 2.39738 2.540 11.802

2 Н1 6.35 5.74 4.26655 1.341 23.122

^30(1 г) . % 1 Но Но 25.97 24.62 7.29598 12.915 43.418

2 Н1 25.97 24.62 12.00165 6.839 59.675

^50(1 г) . % 1 Но Н1 65.47 63.71 10.44514 48.479 83.386

2 Н1 65.47 63.71 13.16769 42.402 85.085

^85(1 г) . % 1 Н1 Н1 97.31 97.34 1.14898 94.016 99.073

2 Н1 97.31 97.34 1.09992 95.079 99.067

К 2 г . мкм 1 Но Н1 0.06(0.063х) 0.05(0.063х) 0.02406 0.020(0.02х) 0.110(0.125х)

2 Н1 0.06(0.063х) 0.05(0.063х) 0.02196 0.023(0.025х) 0.099(0.10х)

Кд2г . мкм 1 Но Н1 0.07(0.08х) 0.07(0.08х) 0.03114 0.027(0.032х) 0.143(0.16х)

2 Н1 0.07(0.08х) 0.07(0.08х) 0.02758 0.029(0.032х) 0.122(0.125х)

К 2 г . мкм 1 Но Н1 0.20(0.20 х) 0.18(0.20 х) 0.12139 0.090(010 х) 0.553(0.63 х)

2 Н1 0.20(0.20 х) 0.18(0.20 х) 0.08348 0.088(0.10 х) 0.368(0.40 х)

шах 2г ' мкм 1 Но Н1 0.37(0.4 х) 0.33(0.4 х) 0.18081 0.137(0.16 х) 0.820(1.00 х)

2 Н1 0.30(0.32 х) 0.33(0.4 х) 0.13135 0.125(0.125 х) 0.557(0.63 х)

й г . мкм 1 Но Н1 7.65(8 х) 7.47(8 х) 1.13276 5.887(6 х) 10.767(12.5 х)

2 Но 7.65(8 х) 7.47(8 х) 1.35544 5.357(6 х) 10.493(12.5 х)

йт2г . мкм 1 Но Н1 89.68(100 х) 84.45(100 х) 37.10067 36.667(40 х) 169.643(200 х)

2 Н1 71.31(80 х) 66.60(80 х) 26.86867 41.577(50 х) 182.244(200 х)

^15(2г) . % 1 Но Н1 7.61 7.15 3.73768 1.338 14.684

2 Н1 7.61 7.15 3.70731 1.469 14.964

^30(2г) . % 1 Но Но 23.17 23.15 9.03687 28.803 84.280

2 Но 23.17 23.15 8.79844 30.864 76.646

^50(2г) . % 1 Но Но 54.38 54.05 13.19590 28.803 84.280

2 Но 54.38 54.05 11.02559 30.864 76.646

^85(2г) . % 1 Но Н1 93.56 94.30 3.45214 86.445 99.068

2 Н1 93.56 94.30 3.41836 84.436 98.399

Примечание. х указаны КВ по ГОСТ 2789-73.

Таблица 2

Коэффициенты (9)-(11) для количественной оценки условий шлифования и топографии поверхности

Параметр г Направление шероховатости (ё = 1; 2)

поперечное (сС=1) продольное (с(=2)

КМ 1г 0) Ки (10) (КА (11) КМ 2г (9) К2г (10) (Ко^ (11) КЛ(10)

1 1,00 0,766 1,077 0,83 1,00 1,096 0,50

2 0,89 0,66

К 1 1,00 0,786 1,132 1,00 1,00 1,129 0,50

2 0,64

К 1 1,02 0,871 1,150 0,90 1,00 1,454 0,35

2 0,98 0,40

^тах 1 0,95 0,844 1,277 0,89 0,811 1,377 0,45

2 1,10 0,53

1 0,99 0,944 0,726 0,98 1,00 0,836 1,29

2 1,01 1,36

1 0,91 0,858 3,350 0,94 0,789 1,381 2,06

2 0,99 0,93 1,90

¿5 1; 2 0,90 1,00 0,787 0,93 1,00 1,110 1,47

40 1 0,88 1,00 0,637 0,78 1,00 0,989 1,21

2 1,78

¿15 1; 2 0,90 1,00 0,562 0,94 1,00 1,008 1,25

Г20 1; 2 0,90 1,00 0,568 0,93 1,00 1,057 1,09

¿25 1; 2 0,94 1,00 0,572 0,93 1,00 1,01 0,97

¿30 1; 2 0,95 1,00 0,608 1,00 1,00 1,027 0,94

¿35 1; 2 0,96 1,00 0,624 0,98 1,00 1,070 0,86

¿40 1; 2 0,97 1,00 0,653 1,02 1,00 1,193 0,87

¿45 1; 2 0,98 1,00 0,703 1,01 1,00 1,200 0,85

¿50 1; 2 0,97 1,00 0,793 0,99 1,00 1,197 0,85

¿55 1; 2 0,99 1,00 0,87 0,99 1,00 1,129 0,85

¿60 1; 2 1,00 1,00 0,911 1,00 1,00 1,106 0,88

¿65 1; 2 1,00 1,00 0,911 1,02 1,00 1,154 0,91

¿70 1; 2 1,00 1,00 0,970 1,01 1,00 1,157 0,92

¿75 1; 2 1,00 1,00 1,150 1,00 1,00 1,151 0,94

¿80 1; 2 1,00 1,00 1,184 1,01 1,00 1,060 0,95

¿85 1; 2 1,00 1,00 1,045 1,01 1,00 1,010 0,97

¿90 1; 2 1,00 1,00 1,018 1,00 1,00 0,949 0,98

¿95 1; 2 1,00 1,00 1,081 1,00 1,00 1,216 0,99

видно, что наибольшие шероховатости расположены: высотные - в поперечном направлении, средние шаги - в направлении подачи л (с(=2). Информация по

шагам 5от2г-, г = 1; 2 часто не принимается во внимание. Прогнозирование качества поверхности ведут только по поперечным микронеровностям. Одновременно имеем: КЛ = 0,35 — 0,5для высотных пара-

метров, КЛ = 2,06 для средних шагов при шлифовании с подачей £п1; при шлифовании с £п2 - соответственно К2 = 0,4 — 0,66 и К¿2 = 1,36. Таким

образом, использование 2-го варианта поперечной подачи одновременно снижает высотные параметры в направлении с(=1, средний шаг 5т22 в ортогональном сечении и анизотропию свойств поверхности.

Результаты, представленные в табл. 1, свидетельствуют, что по результатам непараметрического

метода способы реализации подачи ,г = 1; 2 значимо не отразились на мерах положения для относительных опорных длин профиля, за исключением па-

раметра ¿ю(2г), г = 1; 2: ту21 = 3,54%,

ту22 = 5,2%. В то же время (3) по результатам альтернативного метода: ОДА, критериев множественного сравнения средних - признаны равными

¿10(2«)= 4,52%, что представляется более верным решением. Эти результаты согласуются с данными [2] о том, что параметры £ не зависят от режимов шлифования, характеристик кругов и коррелированы только с сечением р. Их особенностью по отношению к рассмотренным выше является необходимость поиска максимума, обеспечивающего повышение качества поверхности. При этом необходимо четко знать расположение сечений ё = 1; 2 на всех уровнях с минимальными опорными длинами профиля. К сожалению, такие сечения по уровням р не совпали между собой. При р £ [5%,20%], характеризующих параметр

Я к,они предсказаны в направлении поперечной подачи. Об этом свидетельствуют коэффициенты К. £ [1,47;1,09], величины которых неуклонно убывают по мере удаления сечения р от наибольшей шероховатости. Наконец, при р > 20% наименьшие

опорные длины m¿p2 предсказаны в продольном сечении. Наибольшее различие между опорными длинами профиля отмечено на уровнях р £ [35%,60%], о чем свидетельствуют коэффициенты К. = 0,85 — 0,88 (табл. 2). Эти сечения р, как

известно, характеризуют несущую способность поверхностей деталей при нагрузках [2].

При назначении подача л взамен л повышается стабильность процесса шлифования по (11) для регламентирующих параметров качества поверхности во всех случаях, за исключением

7 (1), р £[5%,95%], о чем свидетельствуют коэффициенты (КзпX, (Ко)г > 1,0, (табл.2). Если для

оценки прецизионности обработки дополнительно привлечь размахи (табл. 1), то они также снижаются на одну - две КВ. В частности, для Я - размахи Я

составили 7 КВ, Я - 6 КВ; для - соответ-

ственно 8 и 6 КВ и т. д. При этом размахи в продольном направлении при неизменных г=1; 2 превысили свои поперечные аналоги на одну-две КВ.

Результаты испытания кругов 25Л(] = 2; 3) и сопоставление их режущих свойств с базовым ин-

струментом из синтеркорунда (j — 1) представлены в табл. 3.

Выявлено, что ВПК из зерен 25A по мерам положения для параметров Ral, не уступают

инструментам из синтеркорунда. Их величины находятся в пределах КВ для круга j — 1, что в табл. 2

отражено коэффициентами (12): Kfl —1,0 — 1,11,

j — 2; 3 . Одновременно по продольным средним шагам получены положительные результаты: K21 —1,0 для ВПК с добавкой ПО (j — 2), т.е. на одном уровне с базовым инструментом; K31 — 0,72 для круга j — 3 (с добавкой ПО-3), т.е. даже лучше, чем у синтеркорунда. Если служебное назначение детали накладывает строгие ограничения по параметрам R и R , то отечественные инструменты уступают кругам фирмы NORTON на одну КВ, что приводит к росту коэффициентов Ку1 —1,26 — 1,5,

j — 2; 3 (табл. 3). Аналогичная неблагоприятная ситуация сложилась для всех tpidfi), Р е [5%, 95%], d —1;2, j — 2;3, за исключением t15(121), для которых коэффициенты (12) снизились до 0,55-0,99.

Выводы

1. Показана целесообразность использования статистических методов для прогнозирования шероховатостей при маятниковом шлифовании деталей из закаленной стали 30ХГСА. В частности, только они позволяют оценить стабильность процесса.

2. Установлено, что различием мер положения по (3) и (4) для кругов из синтеркорунда в инженерном анализе можно пренебречь. В частности, для высотных и шаговых параметров, которые в ГОСТ 2789-73 нормируются в виде возрастающей числовой последовательности, ожидаемые средние и медианы оцениваются одной КВ.

3. С позиций технологии шлифования поперечная подача sn2 на проход обеспечивает снижение опорных значений поперечных высот и средних продольных шагов шероховатостей на одну КВ по сравнению с snl. Одновременно возрастает стабильность процесса: (Кж ) —1,01 — 1,45 .

4. По мерам положения относительные опорные длины профиля t (Л), p е [5%, 95%], d — i —1;2,

не зависят от схемы реализации подачи sm. i —1;2. Одновременно выявлено, что наименьшие параметры t по уровням p меняют свое расположение в пространстве: d — 1 при p е [5%, 20%]; d — 2 при p е[25%, 95%]. Второе направление является

Таблица 3

Результаты статистической интерпретации (2) для ВПК из электрокорунда (] = 2; 3) и их сопоставление с синтеркорундом (/ = 1) по (12), (13) при шлифовании с поперечной подачей

на двойной ход

Параметр ту ББ / / = 2; 3 по (12) (К8П)/1, / = 2; 3 по (13)

Яа1 ^ мкм 0,116 (0,125х) 0,027 1,05 0,96

0,122 (0,125х) 0,040 1,11 1,43

КЧ1 /и мкм 0,144 (0,16х) 0,032 1,03 0,85

0,144(0,16 х) 0,050 1,03 1,35

ЯЛ ^ мкм 0,780 (0,80 х) 0,129 1,50 0,97

0,780 (0,80 х) 0,162 1,50 1,22

Дщх1 ^ мкм 0,930 (1,00 х) 0,186 1,26 0,81

0,930 (1,00 х) 0,264 1,26 1,15

Бт1 ^ мкм 42,360 (50 х) 10,737 1,04 0,51

43,154 (50 х) 9,893 1,05 0,47

^15(^./1), % 6,191 2,133 1,08 0,89

6,191 2,841 1,08 1,19

^30(1 ./1), % 23,844 6,054 0,96 1,10

23,844 7,383 0,96 1,01

^0(1/1), % 59,835 8,030 0,94 0,77

59,835 10,672 0,94 1,02

^5(1/1), % 96,614 1,365 0,99 1,19

96,614 1,774 0,99 1,54

Бт2^ МКМ 84,431 (100 х) 21,826 1,00 0,59

60,868 (63 х) 16,659 0,72 0,62

^5(2/1), % 6,348 3,512 0,89 0,94

5,903 2,043 0,83 0,546

^30(2 ]1), % 20,403 7,695 0,88 0,85

19,573 5,242 0,84 0,58

^50(2/1) , % 50,164 11,929 0,93 0,90

50,164 7,884 0,93 0,60

^85(2/1), % 92,963 3,284 0,99 0,96

92,963 2,683 0,99 0,78

доминирующим в обеспечении работоспособности детали.

5. Впервые установлено, что прецизионность опорных длин профиля является коррелированной величиной как с р, так и с d и достигает наибольших стандартов отклонений: d = 1 - при р е [25%, 65%]; d = 2 - при р е[25%,75%], т.е. в зоне несущей способности поверхности. Если рассматривать стандарты отклонений (БП) ш без

учета мер положения, то в поперечном направлении для всех сечений, за исключением р е [75%, 95%],

шлифование с подачей £п1 обеспечивает наибольшую стабильность процесса. В то же время для про-

дольных параметров 7 (2;) прогнозируется прямо

противоположная ситуация: во всех сечениях, кроме р е [5%, 10%] на участке приработки поверхностей, более высокая прецизионность процесса предсказана для работы с £п2 , т.е. на каждый проход. По комплексному воздействию на микрорельеф шлифованной поверхности предпочтение отдано подаче £п2.

6. Круги из синтеркорунда превосходят отечественные инструменты: 25ЛР46М12У5-ПО и 25ЛР46М12У5-ПО3 - по наибольшим шероховатостям и опорным длинам профиля, что делает их применение более перспективным при изготовлении высоко-нагруженных ответственных деталей летательных аппаратов, испытывающих знакопеременные нагрузки.

1. Никифоров И.П. Современные тенденции шлифования и абразивной обработки: монография. Старый Оскол: ТНТ, 2012. 560 с.

2. Инженерия поверхности / под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.

3. Унянин А.Н. Научное и технологическое обеспечение шлифования заготовок из пластичных сталей и сплавов с предотвращением засаливания абразивных кругов: дис... д-ра техн. наук. 05.03.01. Ульяновск: УлГТУ, 2006. С. 41-49.

4. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 2007. 688 с.

5. Оптимизация схемы задания поперечной подачи по микрорельефу поверхности быстрорежущих пластин при шлифовании высокопористым абразивом / Я. И. Солер [и др.] // Вестник ИрГТУ. 2012. № 8. С. 22-30.

6. Кремень З.И., В.Г. Юрьев, А.Ф. Бабошкин. Технология

ский список

шлифования в машиностроении / под общ. ред. З.И. Кремня. СПб: Политехника, 2007. 424 с.

7. Закс Л. Статистическое оценивание / пер. с нем. М.: Статистика, 1976. 598 с.

8. Уилер Д., Чамберс Д. Статистическое управление процессами / пер. с англ. М.: Альпина Бизнес Букс, 2009. 409 с.

9. Холлендер М., Вулф Д. Непараметрические методы статистики / пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1983. 506 с.

10. Солер Я.И., Прокопьева А.В. Исследование влияния выхаживания на микрорельеф пластин Р9М4К8 при шлифовании кругами из кубического нитрида бора // Обработка металлов. 2009. № 1 (42). С. 24-27.

11. Солер Я.И., Казимиров Д.Ю. Выбор абразивных кругов при плоском шлифовании деталей силового набора летательных аппаратов по критерию шероховатости поверхности // Вестник машиностроения. 2010. № 5. С. 55-64.