Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в машиностроении для нефтедобывающей и угольной промышленности, авто- и авиастроении, металлургическом, текстильном машиностроении, станкоинструмен-тальной промышленности быстрыми темпами развиваются технологии износостойкого упрочнения деталей машин и инструмента методами газотермического напыления и наплавки. Эти технологии используют также для восстановления изношенных при эксплуатации поверхностей, что снижает потребности в запасных частях. Поэтому применение для упрочнения поверхностного слоя деталей машин специальных покрытий является эффективным направлением улучшения эксплуатационных характеристик и повышения долговечности машин и механизмов в условиях экономии сырьевых ресурсов.
Газотермические покрытия (ГТП) получили распространение в различных отраслях машиностроения благодаря тому, что они позволяют получать изделия из дешевых конструкционных материалов с уникальными эксплуатационными свойствами. Однако широкое внедрение ГТП сдерживается трудностями, возникающими при решении технологических задач их обработки. Из всех методов финишной размерной механической обработки покрытий наиболее перспективным оказалось алмазное шлифование и основанные на нем комбинированные методы: алмазно-электрохимическое и алмазно-электроэрозионное шлифование. Для разработки новых надежных технологических процессов обработки ГТП необходимо использовать как технологические приемы повышения надежности этих методов, так и специальные средства контроля и диагностики. При этом, для повышения эффективности процессов обработки ГТП необходимо более объективное знание явлений, протекающих на границе «инструмент-покрытие» и определяющих качество обработки.
Стремительное развитие микропроцессорной и вычислительной техники изменило возможности передачи и обработки информации, в результате чего появились сложные интеллектуальные системы управления и диагностики металлообработкой. Такие системы позволяют регистрировать сигналы для оценки энергетических, электромагнитных, тепловых, динамических и другие явлений, сопутствующие металлообработке. При этом эффективность диагностики технологического процесса определяется информативностью используемых параметров, их зависимостью от условий обработки. Традиционное использование для диагностирования процесса шлифования силы и температуры резания в ряде случаев оказывается инерционным или недостаточно информативным. Поэтому в последние годы все большее внимание специалистов привлекает перспектива виброакустической диагностики процесса об-
работки. Акустическое излучение, сопутствующее процессу обработки шлифованием в широком частотном диапазоне (от десятков герц до сотен килогерц), характеризуется множеством параметров, что предопределяет успех в выявлении тесных корреляционных связей с технологическими условиями обработки. Кроме того, высокая помехозащищенность акустических сигналов из зоны резания в области частот, превышающих частоты от шумов работающих агрегатов станка, обеспечивает получение надежной информации о таких важнейших параметрах обработки, как износ инструмента, качество поверхностного слоя деталей.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование процесса алмазно-электрохимического шлифования (АЭХШ) и создание методики оценки выходных технологических параметров процесса.
Для выполнения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Разработка математической модели процесса АЭХШ, формирующей диагностические сигналы, для идентификации по частотным характеристикам теоретических сигналов информативных диапазонов в спектрах реальных диагностических сигналов, соответствующих процессам микрорезания, эрозионного воздействия и взаимодействия алмазных зерен с гетерогенным покрытием.
-
Разработка программного обеспечения для обработки и анализа экспериментальных и теоретических диагностических сигналов и для обработки экспериментальных данных.
-
Определение взаимосвязи между параметрами режима процесса АЭХШ и диагностическими сигналами и выявление информативных характеристик сигналов.
-
Анализ диагностических сигналов и выявление зависимостей между их характеристиками и выходными показателями обработки (производительность, качество).
-
Построение на основе полученных экспериментальных данных регрессионных диагностических моделей процесса АЭХШ.
-
Разработка на основе построенных моделей и экспериментальных данных методики выбора режимов АЭХШ.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе метода случайных чисел и элементов термодинамической теории, статистического моделирования и программирования. Достоверность экспериментальных исследований обеспечивалась статистической обработкой результатов и проверкой адекватности полученных регрессионных уравнений.
Автор защищает:
і. Экспериментальный выбор информативного параметра сигналов для диагностирования процесса АЭХШ.
-
Результаты экспериментальных исследований по установлению взаимосвязей выбранного информативного параметра с технологическими параметрами процесса.
-
Моделирование процесса АЭХШ для идентификации информативного параметра диагностического сигнала с комбинированными условиями съема металла.
-
Подход к идентификации информативного параметра сигнала с комбинированными условиями съема.
-
Методику оценки выходных технологических характеристик на основе диагностики процесса.
Научная новизна.
1. Обоснован эффективный информативный параметр на основе ус
тановления взаимосвязей характеристик виброакустических и электри
ческих сигналов с технологическими параметрами процесса.
-
Интенсивность микрорезания и распределение электрической энергии в зоне обработки оценены с применением двух видов сигналов: виброакустического и электрического.
-
Установлены идентификационные зависимости выбранного информационного параметра с составляющими комбинированного съема.
Практическая значимость. Разработанные математические модели процесса АЭХШ и созданная на их основе методика оценки выходных технологических параметров позволяют выбрать параметры обработки с учетом требуемого качества и производительности. Предложена схема двухканальной диагностической (по па
раметрам виброакустических и электрических сигналов) системы позволяющей осуществлять контроль и управление процессом АЭХШ в реальном времени. Основой разработанной методики и диагностической системы является банк данных, связывающий параметры режима, диагностических сигналов и выходных показателей обработки, пополнение которого будет способствовать расширению возможностей указанной методики и диагностики процесса.
Реализация результатов. Практическая реализация осуществлена в АК "Туламашзавод" при финишной обработке деталей штанговых глубинных насосов.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции "Современная электротехнология в машиностроении", Тула (1997 г.); ежегодных ( 1995-1997 ) научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ТулГУ.
Публикации. По материалам проведенных исследований опубликованы 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 100 страницах машинописного текста, иллюстрированного 40 рисунками, содержит библиографический список и приложения.