Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Качество поверхности быстрорежущего инструмента при плоском шлифовании и теоретико-вероятностные подходы его изучения 9
1.1 Конструктивно-технологические особенности шлифования быстрорежущих инструментов 9
1.2 Обрабатываемость быстрорежущих сталей шлифованием 11
1.3 Пути снижения температуры при шлифовании быстрорежущих инструментов 14
1.4 Подходы к робастному проектированию операций шлифования 21
1.5 Интерпретация наблюдений с использованием теоретико-вероятностных методов 28
1.6 Применение теории нечетких множеств при комплексной оценке выходных параметров 33
1.6.1 Концепция теории нечетких множеств 33
1.6.2 Реализация нечеткого моделирования с использованием пакета Fuzzy Logic Toolbox в среде MATLAB 34
1.7 Многомерный дисперсионный анализ в программной среде State-Ease Design-Expert 38
1.7.1 Планы эксперимента для описания поверхности отклика 38
1.7.2 Поиск параметрических моделей методами наименьших квадратов и максимального правдоподобия 42
1.8 Многокритериальная оптимизация поверхности отклика 47
Выводы по главе 50
Глава 2. Методика проведения эксперимента 53
2.1 Технологические условия эксперимента 53
2.2 Параметры качества обработанной поверхности и средства их измерения 56
2.3 Условия моделирования плоского шлифования высокопористыми нитридборовыми кругами 58
Выводы по главе 61
Глава 3. Влияние технологических приемов на качество быстрорежущего инструмента 62
3.1 Влияние выхаживающих проходов на топографию поверхности 62
3.2 Выбор схемы задания поперечной подачи 68
3.3 Анализ схемы врезания круга 70
3.4 Влияние марки быстрорежущих сталей на качество поверхности 73
3.5 Влияние характеристик высокопористых нитридборовых кругов на качество поверхности 77
Выводы по главе 88
Глава 4. Поиск моделей качества поверхности быстрорежущего инструмента 91
4.1 Поиск базовых моделей I МДА 91
4.2 Прогнозирование топографии поверхности абсолютно жестких БП 94
4.2.1 Микрогеометрия поверхности БП 94
4.2.2 Точность формы рабочих поверхностей БП 97
4.2.3 Микротвердость абсолютно жестких БП 100
4.3 Прогнозирование топографии БП переменной податливости 101
4.3.1 Шероховатость податливых БП 101
4.3.2 Макроотклонения податливых БП 105
4.3.3 Микротвердость рабочих поверхностей переменно-жестких БП 107
Выводы по главе 109
Глава 5. Робастное проектирование и технологические рекомендации плоского шлифования быстрорежущих инструментов 111
5.1 Многокритериальная оптимизация плоского шлифования БП в условиях абсолютной жесткости 112
5.2 Многокритериальная оптимизация плоского шлифования БП переменной жесткости 118
5.2.1 Поперечно-податливые БП 118
5.2.2 Продольно-податливые БП 122
5.3 Технологические рекомендации шлифования быстрорежущих пластин и инструмента в условиях различной жесткости 127
Выводы по главе 132
Выводы по работе 133
Список сокращений и условных обозначений 135
Список литературы 136
Приложение Модели I МДА при плоском шлифовании БП Р9М4К8 с различной жесткостью 148
Акт о внедрении в учебный процесс научно-исследовательской работы
- Подходы к робастному проектированию операций шлифования
- Влияние характеристик высокопористых нитридборовых кругов на качество поверхности
- Шероховатость податливых БП
- Технологические рекомендации шлифования быстрорежущих пластин и инструмента в условиях различной жесткости
Введение к работе
Актуальность темы. В современном машиностроении неуклонно возрастают объемы применения высоколегированных и коррозионно-стойких сталей, титановых и никелевых сплавов, обработку которых целесообразно вести инструментом из быстрорежущих сталей повышенной производительности. Инструмент из высококобальтовых сталей позволяет значительно снизить температуру в зоне резания, однако он плохо шлифуются традиционными абразивными материалами. Его шлифование и заточку необходимо вести высокопористыми кругами из кубического нитрида бора. Отсутствие технологических рекомендаций по их применению, многообразие их характеристик и стохастическая природа процесса шлифования препятствуют повсеместному внедрению и эффективному использованию в инструментальном производстве. В настоящее время отсутствуют методики оценки режущей способности кругов с учетом шероховатостей, отклонений от плоскостности и микротвердости, а также комплексной оценки топографии поверхности. Современные отечественные и зарубежные работы ограничиваются одним параметром топографии, что не всегда удовлетворяет конструкторским и технологическим требованиям. Отсутствуют адекватные зависимости, позволяющие моделировать процесс шлифования рабочих поверхностей высокопроизводительного быстрорежущего инструмента. Имеющиеся модели построены на основе пассивного эксперимента и лишь для высотных параметров микрорельефа, износа круга, съема металла и мощности шлифования. В этой связи существует потребность в разработке информационной базы и построении адекватных моделей для гибкого управления качеством шлифования быстрорежущих пластин.
Целью диссертационной работы является обеспечение качества быстрорежущего инструмента при плоском шлифования высокопористыми нитрид-боровыми кругами с применением методов робастного проектирования.
Основные задачи исследования:
-
Исследовать влияние характеристик нитридборовых высокопористых кругов на комплекс параметров качества поверхности быстрорежущих сталей.
-
Поиск оптимальной характеристики нитридборового круга (зернистости, твердости, пористости, связки) с одновременным учетом мер положения и рассеяния оптимизируемых параметров качества методами нечеткой логики.
-
Провести многокритериальную оптимизацию процесса плоского шлифования быстрорежущего инструмента с учетом требуемого качества.
-
Разработать и оценить эффективность технологических приемов шлифования.
-
Повысить производительность и качество плоского шлифования быстрорежущего инструмента с применением методов робастного проектирования, при которых качество конечной продукции гарантируется на стадии разработки операции.
-
Исследовать влияние технологических факторов, операционного припуска и жесткости быстрорежущего инструмента на генезис топографии обработанной поверхности.
-
Выполнить поиск базовых моделей многомерного дисперсионного анализа при плоском шлифовании быстрорежущего инструмента кругом оптимальной характеристики.
Методы исследования. Теоретическая база исследования построена на научных основах технологии машиностроения, теории резания материалов, теории вероятностей, проверки статистических гипотез, нечеткой логики, системного анализа и оптимизации процессов. При статистических расчетах, построении моделей и проверке их адекватности использованы программно-вычислительные комплексы «StatSoft Statistica 6.1.478» и «State-Ease Design-Expert 8.0.4». При исследовании влияния характеристик кругов на обеспечение качества поверхности применен прикладной программный модуль «Fuzzy Logic Toolbox» на базе системы MATLAB с использованием теоретических основ нечеткого моделирования.
Научная новизна работы. 1. Получены закономерности влияния зернистости, твердости, пористости и связки нитридборовых высокопористых кругов на производительность и качество обработки поверхности. 2. Обоснован выбор оптимальных кругов для обеспечения качества и производительности.
Теоретическая и практическая значимость работы. На основе полученных результатов разработаны технологические рекомендации для инструментального производства, позволяющие обеспечить требуемое качество быстрорежущего инструмента при плоском шлифовании высокопористыми нитрид-боровыми кругами. Область применения полученных параметрических моделей комплекса параметров качества обработанной поверхности расширена поправочными коэффициентами для различных технологических условий и марок быстрорежущих сталей.
Достоверность полученных результатов обеспечена путем реализации физического эксперимента и сравнения опытных величин с прогнозируемыми откликами в точках D-оптимального плана эксперимента.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования влияния характеристик высокопористых нит-
ридборовых кругов (зернистости, твердости, пористости, связки) на производительность и качество плоского шлифования.
-
Оптимизация выбора параметров высокопористых нитридборовых кругов для обеспечения требуемого качества с использованием методов нечеткой логики.
-
Результаты многокритериальной оптимизации режимов плоского шлифования быстрорежущего инструмента, обеспечивающие высокую производительность и качество.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и об
суждены на международных и всероссийских научно-технических конференци
ях: «Актуальные проблемы в машиностроении» (г. Новосибирск, 2014); «Со
временные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2015); «Будущее машино
строения России» (г. Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015); «Инновации в
машиностроении (ИнМаш-2015)» (г. Кемерово, КузбТГУ, 2015); «Обработка
материалов: современные проблемы и пути решения» (г. Юрга, ЮТИ ТПУ,
2015, 2016); «Автоматизированное проектирование
в машиностроении» (г. Новокузнецк, НИЦ МС, 2016).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, и 2 статьи в журналах международных наукометрических систем Web of Science и Scopus.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, промежуточных и общих выводов. Основное содержание насчитывает 134 страницы, содержит 43 таблицы, 28 рисунков, 130 наименований списка литературы и приложение. Общий объем работы – 152 страницы.
Подходы к робастному проектированию операций шлифования
Робастность (от англ. robustness – устойчивый) – это характеристика статистического метода, означающая устойчивость и независимость результата исследования от различных выбросов и помех. Робастный статистический метод позволяет дать адекватную оценку процесса. Идея робастного проектирования процессов состоит в получении продукции, качество которой гарантируется до ее изготовления [53]. Успешное робастное проектирование технологического процесса предполагает построение его адекватной модели и определение оптимума для выражения целевой функции от ряда переменных факторов, на которые наложены ограничения. С позиции системного подхода, решение этой задачи невозможно без комплексного изучения исследуемого процесса и построения его структурной схемы с заданием входных и выходных параметров.
Оптимизация процесса шлифования на сегодняшний момент имеет особое значение, поскольку на современных предприятиях обоснование его режимов осуществляется путем обработки пробных партий с постепенным увеличением интенсивности. При этом роль технологии практически исключается, качество процесса зависит только от квалификации и опыта наладчика, а его производительность снижается.
Все существующие методы оптимизации можно разделить на две большие группы: методы условной и безусловной оптимизации [123]. Их классификация приведена на рисунке 1.1.
Задача условной оптимизации сводится к поиску минимального или максимального значения целевой функции f(x) n-мерного векторного аргумента x с наложенными ограничениями на область их существования. В основе метода планирования эксперимента (design of experiment, DOE) лежит анализ экспериментальных данных. Этой категории принадлежат три метода: метод Тагучи, метод полного факторного эксперимента и метод поверхности отклика (response surface method, RSM) Бокса. К численным относятся методы линейного, нелинейного и динамического программирования.
Задача безусловной оптимизации заключается в поиске решения, близкого к оптимальному, с использованием эвристического алгоритма с преобразованием задачи условной оптимизации в несколько последовательно решаемых задач безусловной оптимизации. При этом задача поиска локального минимума функции Ф(Х) на множестве D «-мерного арифметического пространства сводится к решению последовательных задач поиска локального минимума функции Ф(Х) + .Р(,Д). Значения функций .Р(,Д) возрастают у границ области допустимых значений D. Чем быстрее их рост, тем большее значение принимает скалярный параметр . Приближенным решением исходной задачи поиска локального минимума принимается решение вспомогательной задачи с достаточно большим значением .
Процесс шлифования имеет стохастический (вероятностный, непредсказуемый) характер, поэтому возможность построения его достаточно надежных физических моделей [47], [89], [126] осложняется большим разбросом размеров и форм абразивного зерна, различными радиусами скругления и заострения, а также их случайной ориентацией в черепке круга в осевом и радиальном направлениях. Для установления связей между входными и выходными параметрами процесса шлифования целесообразно использовать условную оптимизацию, обладающую большей точностью.
Большой вклад в систематизацию учения об оптимизации технологических процессов внес Старков В.К. Его работа [88] содержит глубокий обзор методов оптимизации. Автором предложено разделение понятий оптимизации и оптимальности. Критерий оптимизации представлен в виде целевой функции, определяющей качество управления процессом, а критерий оптимальности -заданную величину целевой функции. Целевая функция в общем виде: физические и экономические показатели) и интегральные (комплексные показатели процесса и комбинации оценок).
Старков В.К. разработал классификацию методов оптимизации:
По назначению оптимизация подразделяется на структурную (оптимальное построение структуры переходов и операций) и механическую (установление оптимальных параметров процесса резания).
По месту реализации – внешняя (вне станка) и внутренняя (при работе на станке).
По решаемым задачам – одноцелевая (с поиском экстремума одной функции) и многокритериальная (одновременный поиск экстремума нескольких функций).
По количеству оптимизируемых параметров – выборочная (один или несколько параметров) и комплексная (одновременно оптимизируются параметры режима резания, инструмента и др.).
По способу выполнения – детерминированная или статическая (при постоянных значениях всех параметров, входящих в модель) и стохастическая (при учете вероятностной природы процесса резания).
Отечественные фундаментальные исследования в области абразивной обработки принадлежат ученым: Лурье Г.Б. [54], [55], Маслову Е.Н. [57], Байкалову А.К. [5], Кремню З.И. [47], Старкову В.К. [89], Никифорову И.П. [63], Носенко А.В. [65], [64], Силину С.С. [79] [78], Суслову А.Г. [95], [93], Ящерицыну П.И. [110], [108], [107], [109], Худобину Д.В. [98], Зубареву Ю.М. [91], [37], [38], Стратиевскому И.Х. [91], [90], Резникову А.Н. [75] , Якимову А.В. [104], Янюшкину А.С. [105], [106]. Из зарубежных исследований необходимо отметить работы Rowe W.B. [128], [127], D. Dudzinski, A. Devillez [111], B. Rowe, Janes Gradisek [116], F. Klocke [120].
Первые отечественные исследования процесса шлифования отражены в работах Лурье Г.Б., Байкалова А.К. и Ящерицына П.И. Влияние режимов шлифования и характеристик круга на точность и шероховатость изучено в работах Лурье Г.Б. Автором даны рекомендации по шлифованию без прижогов, однако уровни режимов шлифования зависят только от опыта технолога. Большой вклад в область моделирования процесса шлифования внесен Байкаловым А.К. Оптимизация с применением методов множественной регрессии раскрыта в работе Ящерицына П.И. Оптимизация процесса выполнена в двух направлениях: дифференциальном (поиск экстремума точности обработки) и интегральном – производительности. К недостаткам этой работы следует отнести раздельную оптимизацию целевых функций и невозможность регулирования соотношения между качеством и временем обработки при интегральной оптимизации по производительности процесса.
Сложности многокритериальной оптимизации отмечает в своей работе Старков В.К [88]. Автор указывает, что методы математического программирования позволяют использовать только один критерий, как, например, в работе [61], в которой приведен программный комплекс определения режимов шлифования с использованием SQL-запросов для определения значения конкретного технологического фактора: глубины шлифования, продольной и поперечной подач, припуска на обработку и скорости круга. В ней приводятся методы решения задачи многокритериальной оптимизации, такие как принятие одного из критериев в качестве первичного, а всех остальных – в качестве ограничений; составление обобщенного критерия. В другой работе Старкова В.К. [89] для описания процесса шлифования высокопористыми кругами используется метод регрессионного анализа. Однако применение многокритериальной оптимизации так и не реализовано, т.к. использование какого-либо интегрального критерия не дает возможности изменения приоритетов, а последовательная оптимизация снижает надежность принятия решений.
Применение многокритериальной оптимизации раскрывается в исследовании Рыжова Э.В. и Аверченкова А.В. [77]. Авторами предложен векторный обобщенный критерий – функция управляемых переменных. Также рекомендован выбор некоторого наиболее важного критерия, который принимается за обобщенный, и оптимизируется.
В работах Дьяконова А.А. [32], [31] отмечается, что технология плоского шлифования периферией круга, спроектированная по нормативным справочникам, не отвечает требованиям современного производства. Автором на основе циклового проектирования операции и комплексного имитационного моделирования разработана инженерная методика назначения режимов шлифования для бездефектной обработки. В результате были сформированы рекомендации по выбору подачи для чернового и чистового цикла, по назначению числа выхаживающих ходов, требуемых для обеспечения параметра шероховатости поверхности Ra, по выбору марки обрабатываемого материала с учетом поправочных коэффициентов. Разработанные рекомендации позволили повысить производительность операции плоского шлифования, по сравнению с нормативной, на 120%. К недостаткам этой работы следует отнести отсутствие учета точности формы шлифованной поверхности, а также оценку шероховатости поверхности только одним параметром.
Влияние характеристик высокопористых нитридборовых кругов на качество поверхности
В разделах 3.1-3.4 при изучении влияния технологических приемов на качество поверхности интерпретацию экспериментальных данных вели по точечным оценкам и прецизионности каждого параметра раздельно. Одновременный учет мер положения и рассеяния всех атрибутов качества шлифованной поверхности для статистического метода невозможен. При оценке способности кругов к обеспечению качества последнее осложняется широкой вариацией характеристик ВПК из КНБ, которые различаются прочностью зерен, зернистостью, материалом связки, размерами порообразующего агента и твердостью круга.
По этим причинам в данном исследовании реализован процесс моделирования нечеткой логики, при котором были созданы атрибуты, базирующиеся одновременно на (1.3) и (1.6). Созданные атрибуты анализировались в программной среде MATLAB с использованием пакета расширения Fuzzy Logic Toolbox, который позволяет легко проектировать и диагностировать построенные модели [112], [113], [12], [100].
Для удобства представления атрибутов качества yiw и их характеристик yiw (1.3), KUIjW(1.6) в среде нечетких построений использован индексный код (i, w). Индекс i=1,7 распределен по параметрам качества поверхности, выбранных на основе результатов исследований разделов 3.1-3.4. Так, шероховатость характеризуют поперечные параметры Ra\w = y\w, Rmax\w = y2W, Sm\w = y (d=\), которые превышают свои аналоги в ортогональном направлении, особенно по высотным микронеровностям. Для оценки отклонений от плоскостности используются три показателя: основной EFEmaxw =ул,м, (2.3) и два вспомогательных —EFEaw = y$w (2.4) и EFEqw = yew (2.5). Микротвердость HVW обозначена %,. Индекс w=l,ll отражает характеристики ВПК из КНБ, подробно приведенные во второй главе (таблица 2.6).
Реализация моделирования процесса шлифования в среде нечеткой логики MATLAB проведена в три последовательно выполняемых этапа:
- дифференциальные оценки ВПК w=l,ll для каждого параметра качества поверхности i=l,7;
- раздельные оценки ВПК по всем атрибутам шероховатости (/=1,3) и показателей формы (/=4,6);
- интегральные оценки ВПК по всем атрибутам выходных параметров и разработка технологических рекомендаций по маятниковому шлифованию БП Р9М4К8.
В таблице 3.9 приведены входные переменные для первого этапа. Их статистическая оценка регламентированными величинами дает следующие результаты. Параметры топографии поверхности варьируются в следующих интервалах, мкм: Raw Є [0,19 (0,20); 0,43 (0,50)] мкм, Rmaxw Є [1,18 (1,60); 2,58 (3,2)] мкм, Smw Є [55,84 (63); 78,59 (80)] мкм, EFEmaxw Є [ll,00(TFE6); 19,50 (TFE8)] мкм, EFEaw Є [7,63 (TFE6); 10,88 (TFE7)] мкм, EFEqw Є [8,04 (TFE6); 11,75 (TFE7)] мкм. Таким образом, характеристики ВПК могут изменять шероховатости на (2-4) КВ, а отклонения от плоскостности — на два TFE. Это позволяет снизить трудоемкость шлифования на 1-2 этапа обработки (технологических переходов) при оптимальной характеристике ВПК. Необходимо заметить, что во всех случаях шлифования поверхностей микротвердость БП HVW остается выше исходной. Степень упрочнения поверхностей варьируется в интервале (8,38; 58,96) %. Лидирующие позиции заняли ВПК w = 4,5, показавшие упрочнение БП, равное 36…37 %. Наименьшее упрочнение 8,38 % получено при шлифовании ВПК w = 2Д.
Статистические методы не позволяют дать комплексную оценку качества поверхности БП, когда микро- и макрогеометрию оценивают тремя параметрами качества, причем каждый из них дополнительно представлен мерами положения и рассеяния. Это относится и к микротвердости. В общем случае, статистические методы позволяют выбрать лучшие ВПК по мерам положения или прецизионности формирования одного конкретного параметра качества.
Так, наименьшие точечные оценки шероховатостей Raw, Rmaxw установлены для ВПК CBN30 B107 100 O V C10-КФ40 (w = 2), а по среднему шагу Sm1w — ЛКВ50 B126 100 O V К27-КФ40 (w = 11). По отклонениям от плоскостности наименьшие медианы параметров EFEmaxw и EFEqw обеспечил ВПК ЛКВ50 B126 100 O V К27-КФ40 (w = 11), а параметра EFEaw — CBN30 B126 100 L V K27 КФ25 (w=4). Наибольшие значения микротвердости поверхности показали ВПК w = 4,5. По стабильности критериев / = 1,4 наименьшие КШгм, обеспечил также и ВПК w = 11. Наибольшая стабильность параметров / = 5,6 (EFEaw и EFEqw) зафиксирована для ВПК w = 4, а по микротвердости — w = 7.
Как было сказано ранее, выбор характеристики ВПК статистическим методом затруднителен. Для решения этой проблемы привлечен метод нечеткой логики, позволяющий создать экспертную систему классификации кругов по всем исследуемым параметрам. На вход модели подают атрибуты / = 1,7 для различных ВПК w =1,11, а выходом модели служат оценки качества поверхности — значения функций желательности. В таблице 3.10 приведены результаты первого этапа моделирования.
Увеличение значения функции diw свидетельствует о повышении способности обеспечения качества ВПК w = 1,11 по переменным моделирования і = 1,7. Результаты таблицы 3.10 перераспределили приоритеты между исследуемыми ВПК. Последнее особо важно для тех случаев, когда одних и те же ВПК имеют разноплановые оценки (1.3) и (1.6): наименьшее опорное значение и наибольшую меру рассеяния или наоборот. Результаты первого этапа моделирования представляют локальный интерес. Так, если по конструкторско-технологическим требованиям детали следует выдержать один конкретный показатель качества поверхности, то необходимо обеспечить требование только по максимальному отклонению от плоскостности и т.п. Из данных таблицы 3.10 следует, что по параметру EFEmaxw оптимальными для этого являются ВПК w = 11 (Й?4ДІ = 0,8416) и w = 5 (Й?4,5 = 0,8399).
На втором этапе нечеткого моделирования топография поверхности оценивается двумя комплексами атрибутов: z = 1,3 и z = 4,6. В этом случае модель содержит четыре переменных: три входных и одну выходную (рисунок 3.9).
Шероховатость податливых БП
Рассмотрим результаты моделирования топографии поверхности переменножестких БП в поперечном направлении q = 1. На рисунке 4.7 представлена поверхность отклика функции Rmaxii =/(Д і) на черновом (а) и чистовом (Ь) этапах шлифования.
Для обоих этапов шлифования установлена тенденция роста высот микрорельефа пропорционально увеличению жесткости БП. Для чернового шлифования (рисунок 4.7,а) минимальное значение параметра шероховатости спрогнозировано при В=Е\= -1: Rmaxii 1,23(1,25) мкм. Для маложестких БП (Е\= -1) увеличение поперечной подачи до +1 приводит к росту параметра Rmax\\ на две КВ. В случае шлифования БП средней жесткости (Е\= 0) микрорельеф отличается наибольшей однородностью: при увеличении поперечной подачи до максимума отклик Rmaxii возрастает на одну КВ с 1,17(1,25) мкм до 1,50(1,60) мкм.
Из рисунка 4.8 видно, что увеличение операционного припуска (D) на чистовом этапе шлифования (А=В=С=-1) на всех уровнях податливости БП і?іЄ[+1;-1] позволяет снизить максимальные высоты микрорельефа на одну КВ. Наиболее существенно данный эффект установлен при шлифовании высокожестких БП (Е\=+1), для которых предсказано снижение /?maxii с 1,43(1,60) мкм до 1,06(1,25) мкм.
Локальный минимум шагов микрорельефа Smll66,20 (80) установлен при шлифовании среднежестких БП (Е\=0), который предсказан при максимальном припуске D=1. Уменьшение уровня D при фиксированном Е\=0 ведет к росту параметра Sm\\ в пределах одной КВ, что позволяет повысить производительность процесса благодаря снижению операционного припуска. Рисунок 4.9 наглядно иллюстрирует, что снижение жесткости БП до малой (Е\=-1) позволяет происходит при их возрастании в пределах одной КВ = 80 мкм. Увеличение жесткости от Е\=0 до высокой ведет к возрастанию средних шагов до Sml х84,60 (100) мкм. В реальных условиях шлифования Е\ чаще всего является константой, поэтому для снижения средних шагов Smll приходится увеличивать межпереходный припуск, что ведет к удлинению цикла шлифования.
Результаты моделирования микрогеометрии БП с различной податливостью в продольном направлении (Eq, q = 2) при переменном припуске содержатся таблице 4.4. Приведенные данные свидетельствуют о том, что влияние продольной жесткости БП на высоты микрорельефа Rmax\2 значимо на черновом этапе шлифования (А=В=С=+1). Увеличение припуска D до уровня +1 позволяет уменьшить значение отклика на одну КВ, что совпадает с результатами шлифования БП с поперечной податливостью. Максимальные значения функции Rmaxi2 спрогнозированы для БП высокой жесткости (Е2 =+1) на всех уровнях D. Для среднежестких БП (Е2 = 0) предсказано наиболее однородное формирование микрорельефа - независимо от величины припуска величины параметра Rmax\2 входят в одну КВ. Минимальные высоты микрогеометрии на черновом этапе шлифования получены для маложестких БП (Е2 = -1) при шлифовании с максимальным припуском D = +1: /?тах121,14(1,25) мкм. При D=0 отклик незначительно возрастает, оставаясь в пределах той же КВ - /?maxl21,21(1,25) мкм. Последнее позволяет повысить производительность чернового шлифования без ухудшения микрорельефа.
Минимальное значение среднего шага микронеровностей, напротив, получено при шлифовании высокожестких БП: 5т1279,6(80) мкм. При этом установлено, что отклик функции Sml2 не зависит от уровня припуска D и для чернового этапа уменьшается по мере возрастания жесткости. Таблица 4.4 - Прогнозируемый микрорельеф поверхности БП переменной жесткости q = 2
Для чистового шлифования (А=В=С=-1) отклик высоты микрорельефа находится в пределах Rmaxi21,0 на всех уровнях D и Е. Локальный минимум шагов микронеровностей установлен для БП малой жесткости 5т1266,7(80) мкм. Таким образом, окончательное шлифование (A=B=C=D= -1) при q = 2 рекомендуется вести при малой жесткости БП (Ei = -1). Жесткость БП можно снизить путем ее крепления в приспособлении с высокой податливостью.
Технологические рекомендации шлифования быстрорежущих пластин и инструмента в условиях различной жесткости
Технологические рекомендации (ТР) разработаны для проектирования операций плоского шлифования быстрорежущего инструмента периферией ВПК из КНБ в инструментальном производстве.
5.1. Модели плоскошлифовальных станков: 3Д711АФ10-1, 3Д711ВФ11, ОШ-450 и др.
5.2. Материал - быстрорежущие стали Р9М4К8 (базовая), Р18, Р6М5, Р9К5, Р12Ф3К10М3 (ГОСТ 19265-73).
5.3. Быстроежущий инструмент (плоские протяжки, шпоночные протяжки, дисковые фрезы и т.п.) необходимо аттестовать по жесткости, которая должна присутствовать в технологическом комплекте документов на их изготовление.
5.4. При разработке ТР быстрорежущие инструменты классифицируются по жесткости на четыре класса: маложесткие (J Є [380; 4174] Н/мм); среднежесткие (J Є (4174; 7426] Н/мм); высокожесткие (J Є (7426; 11220] Н/мм); условно абсолютно жесткие (J - ). Для первых трех групп с переменной жесткостью учитывается направление ее варьирования: jq, q = l;2: q=\ - в направлении вектора поперечной подачи sп (поперечная жесткость), q=2 - в направлении вектора продольной подачи впр (продольная жесткость).
5.5. Параметры шероховатости регламентированы в тех же двух взаимно-перпендикулярных направлениях, как и жесткость, и обозначены индексом d= 1; 2: поперечные (sп, d=1) и продольные (sпр, d=2). Окончательно условия формирования микрорельефа отражены в ТР индексами (d,q) при стандартном обозначении параметра. Так, параметр /?а12 представляет среднее арифметическое отклонение профиля, измеренное в поперечном направлении (d=1) при переменной продольной жесткости (q=2).
5.6. Выбор ВПК из КНБ. Шлифование указанных сталей рекомендуется вести ВПК из КНБ формы 1А1:
6.1. Шлифование опорных поверхностей инструмента - CBN30 В107 100 О V С10-КФ40, CBN30 В126 100 L V К27-КФ40, ЛКВ50 В126 100 О V К27-КФ40;
6.2. Шлифование задней и передней поверхностей - CBN30 В126 100 L V К27-КФ40, ЛКВ50 B126 100 О V К27-КФ40;
6.3. Размеры ВПК выбирать по ГОСТ Р 53923-2010 с учетом модели станка.
7. Базовые условия шлифования БП Р9М4К8:
- поперечная подача в мм на двойной ход;
- встречная схема продольного врезания круга в деталь при вышеуказанной поперечной подаче;
- без выхаживания в конце цикла шлифования.
8. Технологические режимы допускается варьировать в следующих пределах: скорость круга vк=28 м/с; продольная подача; sпр = 5-15 м/мин, поперечная подача 5 п = 2-10 мм/дв.ход (при ширине круга 7=20 мм) по встречной схеме на двойной ход стола станка; глубина резания t = 0,005-0,02 мм; операционный припуск z = 0,1-0,3 мм; жесткость БП - см. пункт 4; СОЖ - 5%-ная эмульсия Аквол-6 (ТУ 0258-024-00148845-98) с расходом 7 л/мин.
9. Для повышения производительности процесса и снижения шероховатости поверхности переменно-жесткие БП необходимо располагать на столе станка с варьированием жесткости в направлении поперечной подачи sп.
10. Основные параметры качества поверхности БП из базовой стали Р9М4К8 различной жесткости на базовом варианте шлифования (см. пункт 7) рассчитываются из выражений
11. Назначать 2-4 выхаживающих прохода в конце цикла шлифования для повышения точности формы и стабильности качества поверхностей БП.
12. Для снижения шероховатости поверхности использовать схему задания поперечной подачи в мм на двойной ход стола станка.
13. Выбор схемы продольного врезания ВПК в БП при рабочем ходе:
- встречная схема врезания - для снижения шероховатости;
- попутная схема - только для повышения микротвердости.
14. Рекомендуемые режимы шлифования БП Р9М4К8 с учетом требований качества поверхности
15. Для повышения точности прогнозирования поверхности отклика и расширения области использования базовых моделей I МДА в них введены поправочные коэффициенты.