WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

2 -l K(l) = Dl + cos l + cos l, (13) T1 T где D – дисперсия, мм2; – коэффициент дисперсии случайной части корреляционной функции; – показатель частотного состава случайной составляющей корреляционной функции; и – коэффициенты дисперсии периодической части корреляционной функции; Т1 и Т2 – длины шагов периодических составляющих корреляционной функции.

Корреляционно-спектральный анализ показал, что исследуемые профили круга и обработанной поверхности состоят из случайно и периодически расположенных неровностей. Коэффициент дисперсии случайной части для взаимных профилей изменяется в пределах от 0,65 до 0,9.

Корреляционная функция профиля поверхности характеризуется наличием двух периодических составляющих: низкочастотной и высокочастотной.

Низкочастотная составляющая связана с некоторой периодичностью расположения алмазных зерен в круге, высокочастотная – с особенностями хрупкого разрушения кварца.

Изменение формы режущих профилей в процессе шлифования по средним величинам mx и параметрам корреляционных функций соответствует изменению режущей способности алмазных кругов, а также изменению соответствующих параметров корреляционных функций. Основным параметром корреляционной функции режущего профиля, определяющим шероховатость поверхности, является его дисперсия D.

На основании анализа коэффициентов уравнения, аппроксимирующего корреляционную функцию профиля режущей поверхности круга и шлифованной поверхности для разных периодов работы, показано, что период нормальной работы круга характеризуется постоянством рассматриваемых коэффициентов.

Изменение основных характеристик рельефа режущей поверхности алмазных кругов происходит неодинаково. Круги на связке К1 хорошо самозатачиваются, их характеристики относительно постоянны, они практически не требуют правки.

Круги на связках Б1 и в большей степени М5 требуют периодической правки.

Основные параметры процесса шлифования кварца алмазными кругами разных характеристик приведены в табл. 2.

Таблица характеристика параметры инструмента качества 40 АС20 63/50 1,66 35 1,1-1,7 60 46-48 60 АС20 125/100 2,8 60 0,6-1,5 118 17,9-19,5 80 АС20 160/125 3,3 75 0,5-1,0 130 14,1-16,2 АС6 АМ40 0,35 14 1,5-6,0 10 90 АС6 63/50 1,2 30,5 1,0-5,0 20 80 АС6 125/100 1,6 42 0,6-2,6 50 70 Пятая глава посвящена выбору оптимальных режимов и условий алмазного шлифования кристаллографически ориентированных пластин.

В реферируемой работе показано, что при шлифовании тонких кварцевых пластин уровень допустимых режимов шлифования невысок. Поэтому при рассмотрении себестоимости процесса шлифования фактором, связанным с износом алмазного круга, можно пренебречь, а минимизировать машинное время обработки по целевой функции максимальной производительности с учетом допустимой величины радиальной составляющей силы резания.

Выразим время обработки определенного объема W материала через коэффициент режущей способности К и радиальную составляющую силу резания Ру:

W t =, мин (14) K Py В полученном выражении минимальное время обработки может быть получено при максимально допустимом значении радиальной составляющей силы резания при работе алмазным кругом, имеющим больший коэффициент режущей способности.

Было установлено, что при шлифовании кварца алмазными кругами на керамической связке К1 коэффициент режущей способности, начиная с момента полной приработки остается практически постоянным, равным 118 мм3/минН, при изменении интенсивности съема от 40 мм3/мин до 320 мм3/мин.

% y эф P, Н z Q,мм /мин марка связка h, мкм R, мкм Припуск, мм K, мм3/мин Н зернистость ККонцентрация, % Б Ранее (глава 3) было установлено, что влияние режимов обработки на шероховатость поверхности и глубину нарушенного слоя кварцевых пластин в исследуемом диапазоне незначимо. С учётом этого при проведении параметрической оптимизации режимов плоского алмазного шлифования в качестве критерия оптимальности выбрана производительность П обработки при функциональном ограничении по силе резания Py. Диапазон изменения силы резания выбирается из условия обеспечения процесса диспергирования поверхности ( Py ) и поддержания стабильности режущих свойств круга min (самозатачиваемости) ( Py ) для выбранной характеристики (структуры) алмазного max круга.

Общую постановку задачи оптимизации запишем следующим образом:

П=VДSпопt max Py Py = f (VД, Sпоп, t) Py min max VД VД VД min max Sпоп Sпоп Sпоп (15) min max tmin t tmax P = F - минимальное значение силы резания, обеспечивающее ymin э диспергирование поверхности.

V Д D t F = S 1± - эффективная контактная поверхность;

э F поп 60V кр где Vкр – скорость вращения алмазного круга м/сек, D – диаметр круга мм.

Максимальное значение силы резания, обеспечивающее самозатачиваемость инструмента, P = C V S t (16) ymax Py Д поп где VД – скорость продольной подачи стола м/мин; Sпоп – величина поперечной подачи стола мм/ход; t – глубина шлифования мм.

Учитывая технологические ограничения, налагаемые современным технологическим оборудованием, и качеством поверхности, лимитируемым волнистостью, запишем VД VД = 10м / мин max Sпоп Sпоп = 6мм / ход max t tmax = 0,05мм Минимальные/максимальные ограничения для круга АС20-К1-100% 3Н Py 15Н Таким образом задача исследования сводилась к математическому описанию законов изменения радиальной составляющей силы резания Ру при работе алмазными кругами различных характеристик, от составляющих режимов шлифования. Планирование и постановка эксперимента осуществлялась с использованием математического планирования экспериментов по схеме 23, а обработка полученных данных – методами математической статистики.

Достоверность полученных результатов опыта оценивалась по критерию Кохрена, статистическая значимость факторов по t – критерию Стьюдента, а адекватность линейного описания – по F – критерию Фишера.

В результате экспериментальных исследований были найдены эмпирические зависимости радиальной составляющей силы резания Py от факторов режима для 12 алмазных кругов основных характеристик. Эти зависимости (16) выражаются степенными уравнениями.

Задачи параметрической оптимизации (15, 16) логарифмированием сводятся к линейным относительно логарифмов переменных и решаются стандартным симплекс-методом линейного программирования. Графический анализ выбора оптимальных режимов обработки с ограничением по силам представлены на рис.7.

Py уровень max t=0,05 мм t=0,04 мм t=0,03 мм t=0,02 мм Py уровень min Рис.7. Графическое представление выбора оптимальных режимов шлифования.

По результатам экспериментального моделирования разработан универсальный алгоритм (рис.8) выбора оптимальных характеристик алмазных кругов и режимов алмазного шлифования кристаллографически ориентированных пластин по заданным показателям качества обработанной поверхности.

Данный алгоритм реализован в специальной программе Diamond_Quartz_Grinding выбора рациональных характеристик алмазных кругов и оптимальных режимов алмазного шлифования кварцевых пластин для ЭВМ c ОС Windows, разработанной на языке Visual Basic в среде разработки Microsoft Visual Basic 6.0. Окно программы представлено на рис.9. Код основного модуля программы представлен в приложении к диссертации.

- Банк экспериментальных данных - Банк табличных данных - Банк экспериментальных данных Рис.8. Алгоритм выбора рациональных характеристик алмазных кругов и оптимальных режимов алмазного шлифования пластин.

Проведенные экспериментальные исследования позволили разработать рекомендации по алмазному шлифованию кварцевых пластин.

Предложена автоматизация настройки линеек-столов устройства на требуемый угол исправления угла среза, обеспечившая повышение точности и стабильности угла среза монокристаллических пластин. Данный результат достигается путём независимой установки угла наклона линеек-столов за счёт передачи крутящего момента регулирования непосредственно на валы вращения линеек-столов от программно управляемого следящего привода через раздаточную коробку.

Технико-экономический анализ показал, что производительность процесса шлифования кварцевых пластин на операции исправления угла среза алмазным кругом АСВ20-63/50-К1-100% в 1,5 раза выше производительности шлифования суспензиями из электрокорунда ЭБМ28.

Рис.9. Окно программы Diamond_Quartz_Grinding расчета режимов алмазного шлифования по заданным характеристикам детали, инструмента и параметрам качества.

Общие выводы и результаты 1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены технические и технологические решения, заключающиеся в выборе для обработки поверхностей кристаллографически ориентированных кварцевых пластин шлифования алмазными кругами вместо трудоёмкой и нестабильной обработки вручную суспензиями из карбида кремния, выборе рациональных характеристик алмазных кругов и оптимальных режимов шлифования и разработке специального устройства с ЧПУ для исправления угла среза партии пластин с разными поправками по углу среза. Установлено, что с использованием вышеуказанных решений достигнуто повышение производительности обработки в 1,5 раза, требуемой точности и стабильности обрабатываемых пластин, при снижении расходов на инструмент в 2,5 раза и обеспечении требуемого качества обрабатываемой поверхности.

2. Выявлены качественные закономерности механизма хрупкого разрушения (диспергирования) поверхности обрабатываемого материала в зависимости от силы резания. При этом для обеспечения диспергирования поверхности детали напряжения, создаваемые под действием этой силы алмазными рабочими зернами в обрабатываемом материале, должны превышать предел прочности хрупкого разрушения материала.

3. Сформулированы условия и получены результаты, подтверждающие получение в условиях плоского шлифования алмазными кругами меньшей глубины нарушенного слоя кварцевых пластин по сравнению со шлифованием суспензиями на основе карбида кремния зелёного той же зернистости.

Определено, что глубина нарушенного слоя кварцевых пластин, шлифованных алмазными кругами в среднем в 2 раза меньше, чем глубина нарушенного слоя, полученная на пластинах, шлифованных суспензиями той же зернистости, шероховатость поверхности соответственно в 5-8 раз меньше.

4. Получена математическая модель процесса алмазного шлифования деталей из хрупких неметаллических материалов, устанавливающая взаимосвязи сил резания и производительности обработки от режимов алмазного шлифования, которая позволяет поставить и решить оптимизационную задачу получения максимальной производительности. Диапазон изменения сил резания выбирается Py из условия обеспечения процесса диспергирования поверхности ( ) и min P поддержания стабильности режущих свойств круга (самозатачиваемости) ( ).

ymax 5. Шероховатость поверхности и глубина нарушенного слоя кварцевых пластин, шлифованных алмазными кругами, в исследуемом диапазоне не зависит от давления и скорости относительного движения инструмента, а определяется зернистостью алмазного круга, видом связки и сортом алмаза.

6. Получены и исследованы регрессионные модели, описывающие зависимость высоты микронеровностей и глубины нарушенного слоя кварцевых пластин от вида обработки и зернистости алмазно-абразивных инструментов.

Полученные соотношения могут быть использованы при установлении межоперационных припусков.

7. Исследования проведённые с использованием метода профилографирования абразивной поверхности и ЭВМ, показали, что геометрия рельефа режущей поверхности является основным параметром алмазного круга, определяющим его работоспособность и качество обрабатываемой поверхности.

Получены регрессионные модели зависимости коэффициента режущей способности кругов и шероховатости обрабатываемой поверхности от относительной эффективности контактной поверхности профилей исследуемых кругов.

8. Получена с применением корреляционных функций математическая модель рельефа режущей поверхности кругов и шероховатости обрабатываемой ими поверхности.

9. Разработан алгоритм выбора рациональных характеристик алмазных кругов и оптимальных режимов обработки по заданным показателям качества обработанной поверхности при стабильном ходе процесса диспергирования неметаллических материалов.

10. Для обеспечения большей производительности процесса при требуемом качестве поверхности целесообразно применять алмазные круги зернистостью 165/120 – 63/50 на керамической связке К1, т.к. они имеют более развитый профиль режущей поверхности, самозатачиваются и практически не требуют правки.

11. Алгоритм выбора оптимальных характеристик алмазных кругов и режимов обработки реализован в специальной программе Diamond_Quartz_Grinding для ЭВМ c ОС Windows, разработанной на языке Visual Basic в среде разработки Microsoft Visual Basic 6.0. и может быть использован в учебном процессе.

12. Разработано и запатентовано приспособление для исправления угла среза кристаллографически ориентированных пластин.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ 1. Балыков А.В., Липатова А.Б. Качество поверхностного слоя деталей из хрупких неметаллических материалов. Брянск, май 2008, материалы 6-й Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентноспособности». С.144-145.

2. Балыков А.В., Липатова А.Б. Особенности алмазного шлифования деталей из хрупких неметаллических материалов. XI Международная научнопрактическая конференция МГУПИ «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», г. Москва, 2008.

С.25-30.

3. Липатова А.Б. Исправление угла среза кристаллографически ориентированных пластин из монокристаллов. Москва, апрель 2008, материалы XI научной конференции по математическому моделированию и информатике. Москва. 2008. С.225-228.

4. Балыков А.В., Липатова А.Б. Эффективная обработка хрупких неметаллических материалов. «Вестник МГТУ «СТАНКИН». Москва. №2, 2008. С.14-19.

5. Балыков А.В., Липатова А.Б. Обработка деталей из хрупких неметаллических материалов алмазными кругами. Технология металлов.

Москва. №10, 2008.С.44-50.

6. Балыков А.В., Липатова А.Б. Влияние рельефа рабочей поверхности кругов на их работоспособность и шероховатость обработанных поверхностей. // Технология металлов, № 11, 2008. С.44-53.

7. Патент на полезную модель №72898 на «Устройство для исправления угла среза кристаллографически ориентированных пластин» от 10 мая 2008.// Балыков А.В., Гречишников В.А., Липатова А.Б.

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.