Прогрессивные технологии восстановления и упрочнения деталей машин

231

Первая группа, как отмечалось выше, основана на оценке интенсивности изнашивания при различных скоростях резания. В конечном итоге коэффициент обрабатываемости нового материала Км = К/К,, где V и V3 рассматривают со-

ответственно для нового и эталонного материалов.

Единичные показатели обрабатываемости, которые рассматриваются во второй группе способов — силы резания, шероховатость обработанной поверхности, в значительной степени зависят от подачи. Они характеризуют обрабатываемость материала с точки зрения особенностей структурообразования и формирования поверхностного слоя. Объединив две эти группы, можно найти комплексный коэффициент обрабатываемости

Км = ( К Т / Г Т Э Х В Д ( 1 - У ' ) / У ' ,

или, учитывая одновременно несколько единичных показателей,

где VT^, VT — скорость резания, обеспечивающая заданную стойкость, соответ-

казатель обрабатываемости соответственно эталонного и исследуемого материалов; У у, У ^ — показатель степени, учитывающий соответственно интенсивность влияния подачи на V, и г'-й единичный показатель обрабатываемости.

В третьей группе способов оценки обрабатываемости используются сведения о физических и механических свойствах материалов. Она является перспективным направлением. Общим преимуществом таких способов является существенное снижение трудоемкости и расхода обрабатываемого материала, а в качестве анализируемых параметров используются температуры максимального электросопротивления, пластичности, структурно-фазового превращения а-железа в у-железо, магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, коэффициент внутреннего трения, сопротивление внедрению инденторов и др.

Рассмотренные выше способы определения обрабатываемости можно эффективно применять в условиях лаборатории. В производственных условиях первая группа способов практически не применима из-за сложности определения интенсивности изнашивания экспериментальным путем и тем более с

232

помощью расчетов. Вторая и третья группы вполне приемлемы при работе на оборудовании гибких производств.

При оценке показателей обрабатываемости необходимо найти зависимости этого показателя от сочетания различных факторов. Методы планирования эксперимента позволяют получить общее уравнение связи выходного показателя и входных независимых управляемых переменных. Кроме того, использование многофакторных планов дает возможность найти зависимости, характеризующие обрабатываемость сразу по нескольким параметрам. Такая

ееоценка в производственных условиях гораздо надежнее.

В качестве критериев обрабатываемости покрытий, полученных ЭМН,

взависимости от метода обработки следует использовать съем материала (производительность), шероховатость поверхности и температуру в зоне обработки.

7.2.Шлифование покрытий абразивными кругами

Определение обрабатываемости поверхностей с покрытиями проводят

втри этапа. В качестве критериев обрабатываемости используют съем материала (производительность) Q (г/мин) для черновой и параметр шероховатости поверхности Ra при чистовой обработке.

На первом этапе решалась задача выбора шлифовального круга (инструмента) при обработке покрытий из порошка Fe~2%V на круглошлифовальном

станке модели ЗБ12 после наплавки и наплавки с последующим ППД. Применяли круги из различных видов электрокорунда зернистостью 16—40, карбида кремния зеленого зернистостью 40 на керамической связке и алмазные круги. Получаемые результаты анализировали с целью проверки гипотез о равенстве дисперсий (полей рассеяния) и средних значений (математических ожиданий), так как большинство из известных теоретических и эмпирических зависимостей, полученных для стационарных процессов резания, характеризуется постоянством дисперсий и средних значений внешних воздействий (подачи, глубины, скорости резания и т. д.). Для этого эксперименты по определению производительности повторяли до 5 раз, а параметров шероховатости — до 10—15 раз.

Проверка влияния марки материала круга на параметры обрабатываемости на основании гипотез о равенстве дисперсий и средних значений показала, что она не оказывает влияния на величину генерального среднего У. По-

233

этому при обработке образцов с ЭМН и ЭМН с ППД можно использовать любой из предложенных кругов.

В качестве примера рассмотрим обработку образцов при следующем

5-процентной раствор эмульсола Э2 в воде.

Полученные результаты приведены на рис. 7.3. Из них легко увидеть, что съем кругами из электрокорунда белого и легированного одинаково эффективен независимо от зернистости и твердости и обусловлен, очевидно, в первую очередь, влиянием связки, поскольку использование вулканитовой связки снижает съем примерно вдвое. Наихудшие результаты по съему имеет круг из карбида кремния зеленого. Это явление отличается от известных представлений о работоспособности таких кругов, однако может быть объяснено, если учесть, что в диапазоне температур 750—850°С твердость зерен электрокорунда несколько выше твердости зерен карбида кремния. Вероятно, именно эти температуры имеют место в зоне контакта круга 64С40ПМ37К5 с покрытием.

С учетом одновременной оценки величин Q и Ra можно в случае приме-

нения однократного шлифования рекомендовать круг 25А25ПСМ27К6, который обеспечил высокие результаты по шероховатости (Ra = 0,65—0,75 мкм), что соответствует чистовому шлифованию.

Наилучшие результаты по величине съема были получены при использовании круга 91А16ПСМ29К5 для деталей с покрытиями, полученными ЭМН, но, поскольку Ra= 1,2—1,5 мкм, его нельзя рекомендовать для однократного шлифования. Надо отметить, что круги таких марок значительно засаливаются и требуют частых правок.

При использовании круга 13А20НС27В5 были зафиксированы низкие результаты по величине съема и шероховатости поверхности; на обработанной поверхности детали наблюдались прижоги.

Алмазный круг АС125/100С2100Б1 выявил высокие результаты по исследуемым параметрам как при обработке покрытий с ППД, так и без него, но большая часть поверхности обработанных образцов содержала прижоги. Последнее обстоятельство легко объяснить взаимодействием

234

Q, г / м и н

1

Рис. 7.3. Производительность Q (а) и шероховатость поверхности Ra (б)

235

алмазов с железом обрабатываемого покрытия, что вызывает интенсивное затупление зерен и возрастание температуры шлифования.

В случае применения двухкратного шлифования (чернового и чистового) можно для предварительного шлифования рекомендовать круги 24А25НСМ17К5, 15А40НС27К6, 25А40ПС25К6, которые показали хорошие результаты по производительности процесса шлифования и по параметрам шероховатости. Для чистового шлифования можно использовать круг 64С40ПМ37К5, обеспечивающий Ra = 0,45—0,55 мкм.

Обрабатываемость покрытий, полученных ЭМН с ППД, при черновой обработке незначительно лучше, чем при чистовой (рис. 7.3), что связано с уплотнением поверхностного слоя и повышением его твердости. Однако существенных отличий как в целом, так и по области использования кругов в отдельности не наблюдается.

На втором этапе определения обрабатываемости покрытий, полученных ЭМН и ЭМН с ППД, рассматривалось влияние режимов шлифования на производительность и качество обработанной поверхности.

Известно, что съем материала и параметры шероховатости обработанной поверхности при шлифовании подчиняются логарифмическому нормальному закону распределения. Поэтому зависимость исследуемых параметров

где Р — исследуемый параметр; е = 2,718 — основание натурального логарифма; а, х, у, г, р — коэффициенты регрессии; Snp, S„, V, п — независимые

переменные (факторы).

Уравнение (7.1) является исследуемой математической моделью, в которой для получения значений показателей степени делаем преобразование, прологарифмировав обе части. В результате получаем уравнение

У=Ь0 + Ь\Х[ + b2Xг + biXj + Ь<ХЛ.

Здесь У истинное значение параметра в логарифмическом масштабе; Х\, Х2, Х3, Х4 — логарифмы регрессии, соответственно Snp, Sn, V, я; b\, b2, b3,

— коэффициенты, значения которых определяем при помощи метода математического планирования экспериментов, применив дробный факторный эксперимент типа 24"1.

236

В нашем случае функциями отклика служили следующие параметры: yx=Q — съем материала, г/мин; У2 = Ка — среднее арифметическое отклоне-

ние профиля, мкм; Уз = Нтш — отклонение 5 наибольших максимумов, мкм; у4 = Hmi„ - отклонение 5 наибольших минимумов, мкм; tp = У5 — относитель-

ная опорная длина профиля на уровне р, %.

Условия экспериментов, матрицы планирования и полученные резуль- таты представлены в табл. 7.1—7.3.

шлифовальным кругом 15А40РС27К6 с охлаждением 5-процентном раствором эмульсола в воде при скорости FK = 30 м/с.

Расчет коэффициентов уравнений регрессии функций отклика и их статистический анализ проводили по программе на ЭВМ.

Установлено, что во всех уравнениях коэффициенты по критерию Стьюдента значимы с 95-процентной доверительной вероятностью, а уравнения по критерию Фишера адекватны при 5-процентном уровне значимости.

237

Уравнения регрессии (7.2) и (7.3) преобразованы и после потенцирования приняли следующий вид:

•для покрытий, полученных ЭМН,

Q = g2,663.£2.286,£0,725 ,^-0.149.^0.359 .

Уравнения (7.4) и (7.5) позволяют построить графики (рис. 7.4—7.7), показывающие влияние продольной подачи £пр, поперечной подачи 5П, окружной скорости детали V и числа проходов выхаживания п на производительность

шлифования Q и параметры шероховатости обработанной поверхности Ra, Hmax> Нmj„ и tp при обработке покрытий, полученных ЭМН и ЭМН с ППД.

В качестве средних величин для варьирующих факторов при подставлении в уравнения (7.4) и (7.5) используем величины: Snp = 2,25 мм/дв.ход;

Sn = 0,013 мм/дв.ход; V= 30 м/мин; я = 2.

Как видно из рис. 7.4—7.7, закономерность изменения исследуемых параметров в зависимости от технологических факторов при обработке покрытий, полученных как ЭМН, так и ЭМН с ППД, одинакова. Зависимости S„, У, n); Ra —J[Snp, S„, V, n) почти линейны. Различия только в значе-

ниях крутизны, т. е. в значениях, характеризующих степень влияния величины

239

240