CC BY
24
гической цепочке. Избежать погрешностей при проведении термообработки позволит использование вакуумной печи, в которой можно реализовать сложные режимы. Современные вакуумные печи способны обеспечить равномерный нагрев изделия, нагрев и охлаждение с заданной скоростью, получение чистой без окалины поверхности, отсутствие «обезуглеро-женного слоя», стабильность результатов, снизить трудоемкость процесса термической обработки и, что особенно важно в условиях производства, исключить влияние пресловутого «человеческого фактора».
В результате проведённых работ были сделаны следующие выводы.
Все фрезы, рассмотренные в статье, обеспечивают производительность на уровне мировых стандартов механообработки в аэрокосмической промышленности при приемлемой стойкости.
Целесообразно проведение работ по дальнейшей оптимизации технологии изготовления этих фрез и их переточке.
Для фрез из быстрорежущей стали необходима современная термообработка, основанная на применении вакуумных печей с программным управлением.
Необходимо проведение работ по нанесению современных видов защитных покрытий режущей части фрез, в первую очередь, наномодификация поверхностного слоя.
Представленные в данной исследования выполняются в рамках проекта 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники ОАО «Научно-производственная корпорация «Иркут» с научным сопровождением ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет», реализуемым на основании постановления Правительства РФ № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства».
Библиографический список
1. http://www.istu.edu/news/13888/
2. Никулин Д.С., Савилов А.В. Разработка концевых фрез для высокопроизводительной обработки авиационных деталей в условиях Иркутского авиационного завода // Высокоэффективные технологии проектирования, конструкторско-технологической подготовки и изготовления самолетов: мат. Всеросс. с междунар. участием научно-практ. семинара (Иркутск, 9-11 ноября 2011 г.) / под общ. ред. А.Е. Пашкова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. С.55-63.
3. Фрезы и фрезерование: монография / под общ. ред. А.И. Промптова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 172 с.
4. Агбалян С.Г., Степанян А.М., Манукян Г.Б. Фазовый со-
став, структура и свойства порошковой быстрорежущей стали // Известия НАН РА и ГИУА. Сер. ТН. 2003. Т. LVI, №2. С.229-235.
5. Колягин Е.Ю., Оноприенко В.Г. Влияние термической обработки на свойства порошковой быстрорежущей стали Р6М5Ф3-МП // Нау^ прац ДонНТУ. Серiя: Металурпя. Донецк: ДонНТУ, 2010. Випуск 12 (177). С. 268-274.
6. Гиршов В.Л., Тополянский П.А. Металлорежущий инструмент из порошковой стали с дисперсной структурой и алма-зоподобным нанопокрытием // Металлообработка. Новые материалы и технологии производства. 2009. № 1 (49). С.43-49.
УДК 621.923.1
РОБАСТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ РАБОЧИХ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ
© Я.И. Солер1, В.В. Лгалов2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрен вопрос робастного проектирования процесса плоского шлифования формообразующих деталей штампов. Приведены обобщенные требования к разделительным, гибочным и вытяжным штампам холодной листовой штамповки, на основании которых сформулированы критерии оптимизации. В программной среде State-Ease Design-Expert 8.0.5 на основе полученных ранее моделей многомерного дисперсионного анализа с постоянными факторами проведена многокритериальная оптимизация средних откликов и их дисперсий, что обеспечивает робастность проектирования плоского шлифования. Ил. 2. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: робастное проектирование; плоское шлифование; многомерный дисперсионный анализ; качество поверхности; штамп; матрица; пуансон.
1Солер Яков Иосифович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения, тел.: (3952) 405459, email: solera@istu.irk.ru
Soler Yakov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, tel.: (3952) 405459, e-mail: solera@istu.irk.ru
Лгалов Владимир Владимирович, аспирант кафедры технологии машиностроения, тел.: 89149387144, e-mail: scald87@gmail.com
Lgalov Vladimir, Postgraduate of the Department of Mechanical Engineering Technology, tel.: 89149387144, e-mail: scald87@gmail.com
ROBUST DESIGN OF DIE SHAPING PART SURFACE GRINDING Ya.I Soler, V.V. Lgalov
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
Careful consideration is given to the robust design of die shaping part surface grinding. The article gives generalized requirements for shearing, bending and drawing dies of sheet-metal stamping, which serve the basis for optimization criteria formulation. The multicriterion optimization of average responses and their dispersions is implemented in State-Ease Design-Expert 8.0.5 environment based on the previously obtained models of multivariate analysis of variance with the constant factors. The last provides the design robustness of surface grinding. 2 figures. 9 sources.
Key words: robust design; surface grinding; multivariate analysis of variance (MANOVA); surface quality; punch (stamping tool); matrix (die); die.
Обоснование подхода к исследованию. Процессы холодной листовой штамповки (ХЛШ) широко распространены на многих отечественных и зарубежных промышленных предприятиях. Одним из ключевых направлений, несомненно, является производство радиотехнической аппаратуры, в частности, герметичных и открытых миниатюрных реле, переключателей и разъёмов. Это обусловлено тем, что штамповка является наиболее технологичным и экономичным способом формообразования для большинства составляющих деталей данных изделий. Например, оптимальной для штамповки конфигурацией обладают стойка, якорь, сердечник и основание типового герметичного реле. К каждой из таких деталей предъявляются жесткие допуски к форме поверхности, что отвечает современным тенденциям к миниатюризации данных типов изделий. Следует отметить, что гарантийный срок работы герметичных реле достигает двадцати пяти лет и более. Известно [1], что обеспечение качества изделия на стадии планирования обходится в среднем в 10 раз дешевле, чем исправление недостатков на окончательном этапе производства. В получении качественных штампуемых деталей ключевую роль играет штамповая оснастка. Применяемый инструмент должен обеспечивать стабильное качество деталей и гарантированно работать в течение нормативного периода стойкости. Точность исполнения и шероховатость матрицы и пуансона должны быть выше, чем у штампуемых деталей. Последнее заставляет рассматривать финишную обработку рабочих деталей штампа как один из наиболее ответственных этапов. На плоскошлифовальной операции окончательно формируется большинство поверхностей пуансонов, а также опорных поверхностей матриц. Как правило, сложные контуры (окна) в матрице вырезаются на электроэрозионных станках. В этом случае особое внимание следует уделять погрешностям формы плоской установочной базы (задней поверхности матрицы). При сборке штампа эта же поверхность служит конструкторской базой, т.к. определяет положение матрицы относительно нижней плиты. Несмотря на существующее многообразие видов и конструкций штампов ХЛШ, в большинстве случаев заготовки плит, пуансонодержателя, съемника и матрицы можно унифицировать. Главным критерием для их классификации в этом случае служит то, на какой пресс будет установлен штамп. После этого определяются количество и компоновка направляющих эле-
ментов. Так, на Иркутском релейном заводе применяется стандарт предприятия на блоки штампов для установки на 16, 25, 40 и 63 тонные прессы. Стандартизация позволяет наладить в инструментальном цехе выпуск типовых плит, шлифуемых выбранным абразивным кругом на оптимальных режимах.
Оптимизация любого технологического процесса должна обеспечивать комплекс требований к качеству поверхности рассматриваемых деталей. В табл.1 приведены основные регламенты для макро- и микрорельефа рабочих поверхностей [2]. До сих пор отсутствуют технологические рекомендации к комплексному обеспечению качества поверхности, однако современные исследования в области инженерии поверхности деталей [1,3] включают в себя информацию о 10-20 стандартизованных параметрах шероховатости в различных странах. То есть одного среднеарифметического отклонения профиля недостаточно для раскрытия влияния микрорельефа на эксплуатационные свойства детали. Параметр Rmax включен в регламенты (см. табл.1), т.к. его величина влияет на усталостную прочность деталей [1,3]. Известно, что данный тип разрушения наиболее характерен для рабочих деталей штампов.
Стоит упомянуть стандарт ИСО 13565-2:1998 [4], который регламентирует параметры Rpk, Rk, и Rvk. Их вычисление осуществляется с помощью специального алгоритма на кривой Абботта-Файрстоуна. Параметр Rpk влияет на период приработки, Rk характеризует несущую способность профиля, т.е. определяет стойкость оснастки, а Rvk - её усталостную прочность. В ГОСТ 2793-73 нет аналогичных параметров, однако подобную информацию можно извлечь при анализе величин опорных длин профиля. С некоторой долей приближения можно утверждать, что величины опорных длин профиля в интервале р = 20;80% будут определять скорость изнашивания инструмента в период эксплуатации. Последнее подтверждается тем, что опорные длины профиля оказывают основное влияние на износостойкость и контактную жёсткость поверхности [1,3]. Шлифование закаленных сталей характеризуется высочайшими градиентами нагрева и охлаждения поверхностного слоя деталей и общей теплонапряженностью процесса. Для ограничения термического воздействия в работе учтена микротвердость шлифованной поверхности.
Многокритериальная оптимизация является по-
следним этапом робастного проектирования. Предварительно требуется получить необходимую информацию (функциональные или стохастические зависимости) о взаимосвязи между входными и выходными параметрами процесса. Использование специализированного программного обеспечения позволяет существенно снизить временные затраты и углубить представление об исследуемых явлениях. Нами была использована программная среда State-Ease Design-Expert 8.0.5, обладающая набором инструментов для поиска и анализа регрессионных моделей и также многокритериальной оптимизации откликов. Известно, что эффективность поиска моделей существенно повышается, если в основе эксперимента лежит подходящая матрица планирования. Нами был принят D-оптимальный план с варьированием факторов на трех уровнях, с числом опытов N=38 и количеством повторений n=3. Применение критерия D-оптимальности подразумевает минимизацию определителя дисперсионной матрицы, что на практике снижает величину ошибки при определении коэффициентов регрессии и соответственно повышает точность регрессионных моделей [5]. Варьирование фактора на трех (вместо стандартных +1,0 и -1,0) нормированных уровнях также призвано повысить точность регрессий.
Нами были получены модели многофакторного дисперсионного анализа с постоянными факторами (I МДА) для средних y параметров макро- микрорельефа и микротвердости. Для управления вариабельностью процесса также выявлены регрессии дисперсии
s2(y) каждого параметра. Поиск моделей I МДА в State-Ease Design-Expert 8.0.5 подробно рассмотрен в [6,7].
Для реализации многокритериальной оптимизации программой используется модифицированная интегральная функция толерантности [5,8].
f У 2R d = (dR - dR - ... - dRm P =(ГК'] , (1)
V i=i J
где di,г = 1;т - дифференциальная функция толерантности /'-го отклика; m - число откликов; Я = 1; 5 -ранги, присваиваемые целевым функциям с учетом важности их влияния на качество готовой детали. Функция (1) впервые предложена Е.К. Харрингтоном, однако в оригинальном её представлении отсутствуют ранги. Для пересчета параметров в числовые значения использована одна из логистических функций Е.К. Харрингтона - так называемая «кривая толерантно-
сти». Она определяется формулой d = exp [— exp(—Y)] и характеризуется двумя участками насыщения: d^0 и d^-1 - и линейным участком d = 0,2+0,63. Ось ординат называется шкалой частных показателей, а ось абсцисс - шкалой толерантности. Интервал эффективных значений на шкале частных показателей - [2;+5]. Шкала толерантности в диапазоне от 0 до 1 разбита на пять отрезков с соответствующими характеристиками: [0;0,2] -«очень плохо», [0,2;0,37] - «плохо», [0,37;0,63] - «удо-влетворительно»,[0,63;0,8] - «хорошо», [0,8; 1 ] -«очень хорошо» [8]. Детализированный анализ возможностей модуля многокритериальной оптимизации программы State-Ease Design-Expert 8.0.5 представлен в [9].
Методика проведения эксперимента. Натурный эксперимент осуществлен при следующих постоянных технологических факторах: плоскошлифовальный станок модели 3Е711В; абразивные круги 1 250х20х76 95A F46 L 6 V20 по ГОСТ Р 52781-2007; скорость их вращения укр=35 м/с; образцы цилиндрической формы DxL=40x40 мм из стали Х12 (Я^ =788,5527 или 63 HRC), прошлифованные по торцовой поверхности без СОЖ. Предикторные переменные (факторы) и уровни их варьирования приведены в табл. 2.
Измерение отклонений от прямолинейности вели в полярной системе координат относительно центра заготовки, принятого за «ноль», через 30° на расстоянии R, равном 20 мм (рис.1). Полученные погрешности формы согласно ГОСТ 24643-81 приняты за отклонения от прямолинейности EFL ,ф = 0;360. Величины отклонений от плоскостности EFE приняты исходя из следующих соображений:
EFE = EFL^
EFE = |EFLn EFE = EFL
+ \EFL„
EFLv e [0;+ю) EFL^e{—^;0] EFL_e (—<»;+<»)
(2)
и оценены допуском плоскостности ГРЕ.
Для изучения шероховатости поверхности деталей привлечены параметры (ГОСТ 25142-82): Я,
R, Rq, R
Б , Бт и ^ , р = 5;95%. Их измерение осуществлялось с помощью системы на базе профилографа-профилометра мод.252 завода «Калибр» в двух взаимно ортогональных направлениях
{к = 1;2^, параллельных векторам подач: 1-вп (Яа
'40(1)
и т.д.); 2-spp (R
Va(2), '40(2)
и т.д.).
Требования к качеству поверхности формообразующих деталей штампов
4i)'
Таблица 1
Вид операции Точность штампа
Обычная Прецизионная
TFE Ra, мкм Rmax, мкм TFE Ra, мкм Rmax, мкм
Разделительная TFE6-TFE7 0,32-0,63 2,5-5,0 TFE5-TFE6 0,08-0,16 0,63-1,25
Гибочная TFE7 0,63 5,0 TFE6 0,08-0,16 0,63-1,25
Вытяжная TFE7 0,08-0,16 0,63-1,25 TFE6 0,02-0,08 0,16-0,63
Примечание. Регламентируемые значения Ятех рассчитаны из соотношения Ят категориальной величины (КВ) по ГОСТ 2789-73.
=6,7Ra [3] с округлением до ближайшей
Таблица 2
Натуральные и нормированные факторы D-оптимального плана_
Факторы Интервалы варьирования Уровни факторов
Верхний (+1,00) Основной (0,00) Нижний (-1,00)
А- продольная подача зпр, м/мин 6 18 12 6
В- поперечная подача зп, мм/дв. ход 5,5 12 6,5 1
С - глубина резания 1, мм 0,0075 0,020 0,0125 0,005
О - припуск г, мм 0,1 0,3 0,2 0,1
Рис.1. Схема измерения отклонений от прямолинейности и микротвердости
Измерение микротвёрдости HV вели на приборе ПМТ-3 при следующих условиях: нагрузка Р=1,96 Н (200 гс), скорость опускания индентора 0,15 мм/с, время выдержки 10+15 с согласно ГОСТ 9450-76. Для повышения точности использовано среднее значение ИУщ по замерам в трех зонах в направлении k=1:
0 ± R/2 (рис.2), где 0 - начало полярной системы координат.
Для удобства записи условий оптимизации использованы следующие коды (b, c, e, f, g,h):
1. b - уровни межпереходного припуска: 1 -
D=+1,0 - «is equal to»; 2-D e [- 0,2; + 0,2] - «is in range», 3 - D=-1,0 - «is equal to»;
2. c, e - использованные варианты значений показателя функции веса: 1 - (1,0; 1,0); 2 - (0,1; 10); 3 -(1;10) при R- 3 и 5 соответственно;
3. f - цель оптимизации с точки зрения влияния y на эксплуатационные свойства изделия: 1 - микро-и макрогеометрия, 2 - микрогеометрия, 3 - макрогеометрия;
4. ge [l;50] - полученные решения;
5. h - оптимизация по точечным и интервальным оценкам: 1 - средних, 2 - средних и их дисперсий.
Для оставшихся управляемых и выходных параметров установлены следующие условия оптимизации и ограничения:
1. Факторы (A,B,C)e [—1,0;+1,0], т.е. принимают любое значение в пространстве D-оптимального плана.
2. Выходные параметры:
2.1. Высотные и шаговые параметры микрорельефа и их дисперсии. При f = 1;2, h=1 - R(1 у
R - e=2, «is target» с искомым значением R
Rmax
,x(2)
a(2) ,
(Rq,Rz,S,Sm )k, k = 12,/R» ),
s2(R_(1)) - «is in range». Функция «is in range» использована для нерегламентированных в КД параметров, что позволяет им принимать любые значения в
диапазоне y e[min;max]. При h=2 - s2(Ra(1 J, s2 (R_(1)) - e=3, «minimize». При f=3, h = 1; 2 (Ra,
Rz , Rmax , Rq , S , Sm )k, k = 12 , S2 ^ ),
S2 (Rmax(1) ) - «is in range».
2.2. Относительные опорные длины профиля tp(k), p = 20;80%, k = 1;2 при f = 12- c=1, «maximize», f=3 - «is in range».
2.3. Отклонения от прямолинейности EFL ,
( = 0°;330° при f=1, h = 1;2-c = 1, R=4, «is target» со значением 0. При f=2, h = 1;2 - «is in range».
При f=3, h=1 EFLy , ( = 0°;330° - d = 1, «is target» со значением 0, s2(eFL^,) - «is in range»; f=3, h=2 - EFLV - d =1 - «is target» со значением 0,
s2 (EFL ) - e=1, «minimize»
2.4. Диапазон варьирования микротвердость HV ограничивается c помощью функции «is in range» значениями HV e[740;800].
Обсуждение результатов исследования. Первоначально рассмотрим оптимизацию для финишного шлифования рабочих деталей прецизионных раздели-
тельных штампов. Согласно табл.1 этому соответствуют условия: Ra(1)0,10, Rmx(1 }0,8 , EFE < 10 мкм. Наилучшие решения по результатам оптимизации с кодами (b,1,2,1,g,1) b = 1;3 , g = 1;50 представлены в табл.3, примечание к которой распространяется также на табл.4, 5.
Следует отметить, что не все решения, предложенные программой, полностью удовлетворяют условиям оптимизации. Это вызвано тем, что программа также предлагает и более производительные режимы с малой степенью вероятности достижения искомого результата. В данном случае нами были исключены решения, где отклики не отвечают условиям
Ra(1) е [0,08;0,1б] мкм и е [0,63;1,0] мкм.
При минимальном припуске z=0,1 мм (D=-1,0) программой было выявлено 30 решений, из них оставлено 27. Увеличение припуска в диапазоне
D е [— 0,2;+0,2] позволяет выявить варианты оптимизации в количестве 41, которые полностью удовлетворяют поставленным условиям. Для максимального z=0,3 мм (D=+1,0) программой предложено 36 решений, из них 17 удовлетворяют ограничению по Ra{1) и ни одно по RmaX(i). Для оптимизации (1,1,2,1,g,1) приведены два разных решения. Для первого (g=1) предсказана большая величина интегральной функции толерантности, лучшие значения опорных длин профиля и меньшие величины высотных и шаговых параметров микрорельефа. Второй вариант (1,1,2,1,17,1)
позволяет снизить дисперсию s2(Rmx(1)) до 0,02597
мкм (в 2,24 раза) и отклонение от плоскостности до
EFE =4,83(TFE5), т.е. на 1 КВ лучше, чем для (1,1,2,1,1,1). При этом микротвердость поверхности
составила HV 777,638 (на 1,4% меньше исходной).
Таблица 3
Выборочные результаты оптимизации шлифования деталей штампов_
Код d Технологические факторы Прогнозируемые параметры
1,1,2,1,1,1 0,6201 snp=11,89 м/мин (А=-0,018), Sn=1 мм/дв.ход (B=-1,0), t=0,065 мм (С=-0,794), z=0,1 мм (D=-1,0) Ram 0,13(0,16), Rz(1) 0,72(0,8), Rqm 0,17(0,2), R^) 0,97(1,0), 39,62(40), ¿20(1) 10,79, ¿30(1)22,55, ¿40(1) 39,36, ¿50(1) 55,67, ¿60(1)73,23, ¿70(1)84,3, ¿80(1) 92,04, Sm(2) 74,29(80), ¿20(2) 11,7, ¿30(2) 27,74, ¿40(2) 47,7, ¿50(2) 59,19, ¿60(2) 74,33, ¿70(2) 86,12, tm2) 93,31, EFE 7,7 (TFE6), HV 762,84, S2(R(1))0,0007935, S2(R^(1)) 0,05814
1,1,2,1,17,1 0,6057 snp=13,63 м/мин (А=+0,272), Sn=1 мм/дв.ход (B=-1,0), t=0,087 мм (С=-0,508), z=0,1 мм (D=-1,0) Ra(1) 0,14(0,16), Rz(1) 0,75(0,8), Rq(1) 0,17(0,2), Rmax(1) 0,98(1,0), Sm(1) 40,3(50), ¿20(1) 10,16, Í30(1) 19,69, ¿40(1) 37,5, ¿50(1)53,18, ¿60(1)72,57, ¿70(1) 82,78, ¿80(1) 91,22, Sm(2) 77,41(80), ¿;0(2) 11,67, ¿30(2) 26,81, ¿^ 45,48, ^ 58,99, ¿^ 74,19, ¿;0(2) 86,03, ¿~0(2) 93,25, EFE =4,83(TFE5), HV 777,638, 52(Rö(1)) 0,0007115, S2(R^(1)) 0,02597
2,1,2,1,1,1 0,6533 snp=11,87 м/мин (А=-0,022), Sn=1 мм/дв.ход (B=-1,0), t=0,005 мм (С=-1,0), z=0,18 мм (D=-0,2) Raa) 0,12(0,16), Rz(1) 0,64(0,8), Rq(1) 0,15(0,16), Rmax(1) 0,84(1,0), Ra) 39,06(40), ¿20(1) 10,86, ¿30(1)20,05, ¿40(1) 37,39, ¿50(1) 54,08, ¿60(1)69,38, ¿70(1)82,4, ¿80(1) 91,23, Sm(2) 79,5(80), ¿20(2) 12,97, ¿30(2) 27,44, ¿40(2) 50,71, ¿50(2) 63,53, ¿60(2) 78,18, ¿70(2) 86,98, tm2) 94,02, EFE 3,71(TFE4), HV 784,33, S2(R(1))0,000782, S2(R^(1)) 0,03625
3,1,2,1,1,1 0,4651 snp=10,95 м/мин (Л=-0,176), Sn=1,0 мм/дв.ход (B=-1,0), t=0,012 мм (С=-0,066), z=0,3 мм (D=+1,0) Ra(1) 0,16(0,16), Rz(1) 0,72(0,8), Rq(1) 0,2(0,2), Rmax(1) 1,07(1,25), Sm(1) 41,6(50), ¿20(1) 10,23, ¿;0(1) 24,45, ¿;0(1) 35,71, ^ 57,79, ^ц 71,56, ^ 86,43, ?80(1) 94,22, Sm{2) 78,94(80), ¿;0(2) 10,82, ^ 19,51, ¿^ 31,63, ^ 52,12, ¿^ 68,76, ^ 82,36, tm2) 91,39, EFE 4,04(TFE5), HV 800, S2(R(1))0,000691, S2(R^(1))0,03844
Примечание. Относительные опорные длины - в %, дисперсии - в мкм , остальные параметры - в мкм.
Данное решение по производительности: зпр=13,63 м/мин, вп=1 мм/дв.ход, ¿=0,087 мм и г=0,1 мм - является наилучшим среди представленных в табл.3. Следующее решение было получено в условиях съема повышенных припусков г е [0,18;0,22] мм ( Б е[- 0,2;+0,2]) для условий (2,1,2,1,1,1). В этом
случае максимальна интегральная функция толерантности с(=0,6533 («хорошо» [8]). Отклонение от
плоскостности ЕГЕ =3,71 мкм также оценено ТЕЕ4,
величины Яа(1)0,12(0,16) и 0,84(1,0) ниже, но
принадлежат той же КВ, а опорные длины профиля больше своих аналогов для оптимизаций с Ь=1. При этом микротвердость поверхности отличается от исходной на 0,5%, т.е. фактически осталась неизменной. Вышесказанное позволяет определить режим: зпр=11,87 м/мин, вп=1 мм/дв.ход, ¿=0,005 мм, г=0,18 мм, - как наилучший по критериям качества поверхности. Увеличение операционного припуска до 2=0,3 мм (0=+1,0) негативно сказывается как на качестве поверхности, так и на управляемости процессом. Так, для (3,1,2,1,1,1) рассчитана наименьшая величина с(=0,4651 («удовлетворительно»), высотные и шаговые параметры микрорельефа принимают максимальные
значения, а микротвердость повышается до НУ 800. При этом величина отклонения от плоскостности отвечает требованиям допуска ТЕЕ5, дисперсия
52(Яа(1)) минимальна, а опорные длины профиля,
напротив, максимальны. Тем не менее, существенное снижение производительности процесса, худшая про-гнозируемость результатов и повышение микротвердости не позволяют рекомендовать данный режим для финишного шлифования.
Робастное проектирование по одним лишь точечным оценкам не позволяет предсказать вариабельность процесса обработки. Для устранения этого недостатка реализована оптимизация с кодами
(2,1,2,1,д,2), g = 1;50 , где дополнительно регламентируется минимизация дисперсий параметров Яа(1) и
^(1) (табл.4).
Наилучшее из полученных решений сравним с аналогичной оптимизацией по точечным оценкам (2,1,2,1,1,1). Для него получена максимальная величина функции толерантности с(=0,6618 («хорошо»). При h=2 предсказано снижение величин дисперсий с
(Кат) =0,000782 мкм2, 52(^ц)=0,03625 ......2
мкм
до s .2
К)) ^
0,000596 мкм2
'(Rmx(1) )=0,01399
мкм соответственно. Установлено, что режимы шлифования в данном случае отличаются только возросшей скоростью продольного перемещения стола (с Snp=11,87 м/мин до впр=15,93 м/мин ), благодаря чему достигнута минимизация дисперсий. При этом отмечен рост высотных и шаговых параметров микрорельефа. Опорные длины профиля и отклонения от прямолинейности и плоскостности в целом остались на прежнем уровне. Для микротвёрдости отмечен рост на 0,23%, которым можно пренебречь. Суммируя вышеизложенное, режим шлифования: s^=15,93 м/мин, Sn=1 мм/дв.ход f=0,005 мм, z=0,18 мм - следует признать оптимальным для чистовой обработки формообразующих деталей разделительных штампов повышенной точности. Дополнительно отметим, что полученные данные удовлетворяют требованиям к гибочным и вытяжным штампам нормальной точности.
Для того чтобы определить влияние откликов на величину интегральной функции толерантности, обратимся к рис.2. С целью уменьшения объема информации дифференциальные функции толерантности с условием оптимума «in range» всегда равные «1» исключены из рассмотрения.
Установлено, что наиболее коррелированными с режимами шлифования являются высотные параметры микрорельефа, их дисперсии и опорные длины профиля в направлении k=2. Также все отклонения от прямолинейности, за исключением EFL30, принадлежат интервалам, оцениваемым на «хорошо» и «очень хорошо». Наихудшие результаты (интервалы «плохо» и «удовлетворительно») предсказаны для опорных длин профиля в поперечном направлении (k=1), что объясняется их слабой корреляцией с параметрами техпроцесса [2].
Таблица 4
Выборочные результаты оптимизации шлифования деталей штампов с учетом вариабельности ___процесса шлифования_
Код d Технологические факторы Прогнозируемые параметры
2,1,2,1,1,2 0,6618 s^=15,93 м/мин (А=+0,655), Sп=1 мм/дв.ход (В=-1,0), f=0,005 мм (С=-1,0), z=0,18 мм (D=-0,2) Ramа1^0,16^ R,m вда^ Rgmа1^0,2^ Д^) а^1,0^ smm 40,08(50), ?20(1) 11,43, ¿30(1) 20,48, ^ 37,39, ^ 54,08, f60(1)69,38, ?7ОД 82,4, ¿80(1) 90,72, Sm{2) 79,5(80), ^(2) 13,22, ¿^ 27,43, ¿^ 47,23, f50(2) 63,53, ¿60(2) 78,18, ¿70(2 ) 86,98, ¿^ 94,02, EFE 3,24(TFE4), HV 790,386, S 2 (Д(1)) 0,000596, S 2 (-Rmx(1))0,01399
Рис. 2. Интегральная и дифференциальные функции толерантности для оптимизации с кодами (2,1,2,1,1,2)
Во многих случаях регламентированное среднеарифметическое отклонение профиля составляет 0,32-0,63 мкм и больше, а требования к форме поверхности определяются допусками ТРЕ5-ТРЕ6. Рассмотрим случай, когда требуется добиться минимальных значений макрорельефа и обеспечить его стабильное формирование. Стратегия оптимизации аналогична представленной выше: в первую очередь выявляется оптимальная величина межоперационного
припуска (Ь,1,2,3,д,1) Ь = 1;3 , g = 1;50); затем для лучшего варианта осуществляется оптимизация с минимизацией дисперсий. В табл. 5 приведены рекомендуемые решения робастного проектирования операции.
Для удобства анализа и наглядности представленных результатов дисперсия параметров
52(ЕРЬ) ,ф = 0;360° оценена средней величиной
52(ЕРЬ).. В обоих случаях предсказаны высокие
значения функции толерантности, попадающие в интервал «очень хорошо». При оптимизации с кодами (Ь,1,2,3,д,1) программой были предложены как чистовые режимы (см. табл.5), так и производительные решения типа впр=14,1 м/мин, вп=12 мм/дв.ход, ¿=0,02 мм, 1=0,22 мм (2,1,2,3,28,1), обеспечивающие допуск плоскостности ТРЕ4-ТРЕ5. Однако при этом существенно возросли параметры микрорельефа (по при-
веденному варианту } = 0,72 мкм). Как видно, решение (1,1,2,3,1,1) предсказывает не только жесткий допуск плоскостности по ТРЕ4, но и низкие высотные и шаговые параметры микрорельефа. После включения в критерии оптимизации интервальных оценок (1,1,2,3,1,2) среднюю дисперсию отклонений от прямолинейности удалось снизить в 1,9 раза. При этом прогнозируется рост отклонений от плоскостности в пределах ТРЕ4 при меньшей надежности его обеспечения. Предложенный режим: эпр=13,07 м/мин, вп=1,87 мм/дв.ход, ¿=0,02 мм, 1=0,1 мм - с кодом (1,1,2,3,1,2) отличается от (1,1,2,3,1,1) большими величинами продольной подачи и глубины резания для более грубых высотных параметров микрорельефа на 1-2 КВ. В целом, его можно рекомендовать для формообразующих деталей разделительных штампов повышенной точности и поверхностей, являющихся установочными и конструкторскими базами.
Выводы по работе:
1. Реализована методика робастного проектирования процесса шлифования на трех уровнях варьирования факторов, позволяющая оптимизировать его выходные параметры с учетом функционального назначения деталей, которое обеспечивается гибким варьированием приоритетов и интенсивности движения к оптимуму.
2. Выявлена роль величины межпереходного припуска в условиях маятникового шлифования, которому ранее не уделялось должного внимания. Так, при
Таблица 5
Выборочные результаты оптимизации шлифования деталей штампов по критерию макрорельефа _с учетом изменчивости процесса_
Код d Технологические факторы Прогнозируемые параметры
1,1,2,3,1,1 0,8616 snp=13,34 м/мин (А=+0,223), sn=1,2 мм/дв.ход (В=-0,964), i=0,0133 мм (С=+0,111), z=0,1 мм (D=-1,0) Ram а1^0,16^ Rmax(1) W1,2^ Smm 42,88(5°) ¿20(1) 10,17, <50(1)48,8, W)71,18, ¿80(1) 90,71, Sm(2) 80,57(100), 10,73, ¿50(2) 58,47, i^) 73,8, ¿70(2) 86,12, ¿80(2) 93,08, EFE 2,33 (TFE4), HV 762,84, s2(EFLX 6,079
1,1,2,3,1,2 0,8396 snp=13,07 м/мин (А=+0,178), sn=1,87 мм/дв.ход (ß=-0,842), f=0,02 мм (С=+1,0), z=0,1 мм (D=-1,0) Rad) 0,21(0,25), Rmax(1) 1,34(1,6), S 49,94(50), ¿20(1) 12,97, ¿50(1) 54,87, ¿60(1)70,05, ¿80(1) 92,43, S,^) 88,77(100), ¿20(2) 9,76, ¿50(2) 57,5, 73,1, ¿80(2) 92,77, EFE 3,55 (TFE4), HV 777,638 s2(EFLX 3,188
комплексной оптимизации параметров макро- и микрорельефа лучшее решение предсказано для режима с г=0,18 мм (0=0). Традиционно считается, что на чистовом этапе шлифования припуск должен быть минимален, т.е. в условиях эксперимента г=0,1 мм (0=-1).
3. Установлены режимы шлифования, позволяющие при требованиях к микрорельефу деталей
Д(1) е(0,08;0,16] мкм, е (0,63;1,0] мкм и
микротвердости НУ е [740;800] повысить точность
формы на 3 КВ, т.е. с регламентированной величины TFE7 до величины 7ЕЕ4.
4. Для повышения стабильности обработки использованы модели дисперсий выходных параметров. Установлено, что их включение в многокритериальную оптимизацию позволяет до двух раз снизить изменчивость процесса шлифования.
1. Васильев А.С. Направленное формирование свойств изделий машиностроения / Колл. авт.; под ред. А.И. Кондакова. М.: Машиностроение, 2005. 352 с.
2. Скворцов Г.Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки. Подготовительные работы. М.: Машиностроение, 1970. 320 с.
3. Суслов А.М. Инженерия поверхности деталей / Колл. авт.; под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
4. Табенкин А.Н. Шероховатость, волнистость, профиль. Международный опыт / Колл. авт.; под ред. Н.А.Табачниковой. СПб.: Изд-во СПб. политехн. ун-та, 2007. 136 с.
5. Myers Raymond H. Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments / Raymond H. Myers, Douglas C. Montgomery, Christine M. Anderson-Cook. New Jersey: John Wiley & Sons, 2009. 824 p.
6. Солер Я.И., Стрелков А.Б. Робастное проектирование
ский список
нитридборового шлифования плоских деталей различной податливости из стали 13Х15Н4АМ3 // Технология машиностроения. 2010. №5. С.5-14.
7. Солер Я.И., Казимиров Д.Ю. Регулирование микрогеометрии поверхности при плоском чистовом шлифовании быстрорежущего инструмента // Вестник ИРО АН ВШ. 2005. №2 (7). С.129-139.
8. Пичкалев А.В. Обобщенная функция желательности Хар-рингтона для сравнительного анализа технических средств // Исследования наукограда. 2012. № 1. С.25-28.
9. Солер Я.И., Лгалов В.В. Прогнозирование шаговых параметров микрорельефа поверхности деталей штампов из стали Х12 при абразивном шлифовании // Математическое и компьютерное моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования: сб. статей XVII МНТК. 2012. С. 78-82.
