УДК:621.923.1

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗЁРЕН КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА НА МИКРОГЕОМЕТРИЮ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОРРОЗИОННО СТОЙКИХ СТАЛЕЙ

 

INFLUENCE OF THE GRAIN CONCENTRATION OF CBN ON A SURFACE MICROGEOMETRY AT GRINDING OF HIGH-STRENGTH CORROSION- RESISTANCE STEELS

 

Солер Я.И., Стрелков А.Б., Репей Е.О. (НИ ИрГТУ, г.Иркутск, РФ)

Soler Ya.I., Strelkov A.B., Repey E.O.

(National Research Irkutsk State Technical University, Irkutsk)

 

С использованием параметрических и непараметрических методов статистики проведено исследование влияния концентрации эльбора при шлифовании деталей из высокопрочных сталей 08Х15Н5Д2Т и 13Х15Н4АМ3 по параметрам микрогеометрии.

There is the research of influence of elbor concentration at grinding of high-strength steel parts (08Cr15Ni5Cu2Ti and 13Cr15Ni4NMo3) with using parametric and nonparametric statistical methods from parameters of microgeometry in this paper.

 

Ключевые слова: шероховатость, шлифование нитридборовым кругом, статистика,

Key words: roughness, CBN grinding, statistics.

 

Круги из кубического нитрида бора на керамической связке используются при шлифовании высокопрочных сплавов, используемых в авиастроении. Повышение концентрации эльбора в круге приводит к увеличению числа работающих зёрен и соответственно, увеличению стойкости и режущей способности круга. Однако повышение концентрации эльбора ведёт к увеличению стоимости инструмента.

Опыты вели при следующих неизменных условиях: плоскошлифовальный станок модели 3Г71М; круги 1А1 200×76×5 CBN 30 (): 1 – B107 100 O V К27 , 2 -  B107 150 O V К27 (ГОСТ Р 52587-2006; ГОСТ Р 53922-2010); технологические параметры - скорость круга vк=28 м/с, продольная подача sпр=6 м/мин., поперечная подача sп=4 мм/дв.ход, глубина резания t=0,005 мм, операционный припуск z=0,1 мм; СОЖ-5%-ная эмульсия Аквол-6 (ТУ 0258-024-00148843-98), подаваемая поливом на деталь в количестве 7-10 л/мин. Материалом деталей служили стали 08Х15Н5Д2Т (ВНС-2) и 13Х15Н4АМ3 (ВНС-5). Шлифование вели по торцу заготовки D×L=30×40 мм с повторением наблюдений n=30.

Параметры шероховатости по ГОСТ 25142 - 82 оценивали в двух взаимно ортогональных плоскостях с использованием модернизированного профилографа-профилометра мод.252 завода «Калибр». Условия формирования микрорельефа отражено дополнительным индексом  к стандартному обозначению параметра. Так, параметр Ra1 представляет среднее арифметическое отклонение профиля, рассматриваемое в поперечном направлении (p=1).

Обработка результатов исследования проведена с помощью программы Statistika 6.1.478 по методике [1], которая схематично представлена на рис.1 в предположении того, что выходные параметры процесса следует рассматривать случайными величинами (СВ) [1]. Выходные параметры процесса с учётом условий шлифования представим в виде последовательностей

,,                                           (1)

которые позволяют отыскать следующие характеристики в эмпирических распределениях: меры положения (опытные средние , медианы ); меры рассеяния (стандарты отклонений  или их дисперсии , размахи , квартильные широты - ; меры формы этих распределений, например симметричное и асимметричное.

Рисунок 1- Алгоритм поиска наиболее вероятных значений СВ

Классический дисперсионный анализ (ДА) основан на предположении, что наблюдаемые СВ имеют гауссово распределение с одинаковыми дисперсиями (этапы 1-2 на рис.1) [2]. Однако изучаемые наблюдения далеко не всегда подчиняются закону нормального распределения. В связи с этим возникает вопрос: насколько корректным оказывается применение классического аппарата ДА «на чужом поле» [3]. В таком случае теоретическая статистика рекомендует воспользоваться непараметрическим методом, который не накладывает ограничений на СВ: меньшая чувствительность к «шумам» и грубым ошибкам, попавшим по той или иной причине в случайную выборку.

Проверка на однородность дисперсий (этап 1, рис.1) выявила, что имеет место нарушение этапа 3 для следующих параметров:

- Ra1, Rz1, Rmax1, t10(1), t20(1), Ra2, Rmax2, t10(2), t30(2) и t40(2) для 08Х15Н5Д2Т:

- для всех параметров микрогеометрии, за исключением t30(2) и t40(2), для 13Х15Н4АМ3.

Проверка закона нормальности распределения по критерию Шапиро-Уилка (этап 2), установила, что нормальное распределения СВ имеет место только для параметра t40(2) при шлифовании стали 13Х15Н4АМ3 кругом i=1 с концентрацией зёрен 100 %, режущий слой которого содержит 4,4 карат/см3 (рис.2). Отклонение опорных длин в большую сторону от средней   с увеличением концентрации зёрен повышает несущую способность поверхности и увеличивает долговечность машин.

Рисунок 2- Гистограммы наблюдений t40(2) ,  с наложением кривых нормального распределения при шлифовании стали 13Х15Н4АМ3

 

Отмечено значимое влияние на средние откликов высотных параметров в обоих направлениях при шлифовании стали 13Х15Н4АМ3. Для стали 08Х15Н5Д2Т концентрация зёрен оказала меньшее воздействие на микрорельеф поверхности, чем для деталей 13Х15Н4АМ3.

Повышение концентрации зёрен до 150 % (6,6 карат/см3) позволило снизить шероховатости  (таблица): для деталей 08Х15Н5Д2Т от 1,0* до 0,4* мкм, т.е. на 5 КВ, и для деталей 13Х15Н4АМ3 от 1,0* до 0,25* мкм, т.е. на 7 КВ. При этом доверительный интервал для первого материала составил 3 КВ, а для второго соответственно 2. Одновременно при работе кругами i=2 снизились средние наблюдений. Таким образом, повышение концентрации зёрен CBN до 150% оказалось наиболее эффективным для деталей из стали 13Х15Н4АМ3, которая обладает более низкой обрабатываемостью резанием. Для других параметров микрогеометрии также отмечена высокая эффективность кругов 2. Так, их применение позволило увеличить опорную длину профиля на 18-30 % и снизить дисперсии в 3 - 30 раз по сравнению с кругами 1. Непараметрические статистики подтвердили рассмотренные выше результаты о целесообразности применения кругов с высокой концентрацией зёрен КНБ. Это объясняется тем, что с её увеличением возрастает число работающих зёрен, а, следовательно, и снижается нагрузка на каждое единичное зерно. Это влечёт за собой повышение режущей способности инструмента, которая наиболее ярко проявилась при шлифовании труднообрабатываемой стали ВНС-5.

 

Таблица - Сводный внутригрупповой статистический анализ исследуемых кругов по параметру Ra1

Материал

Круг

(i)

, мкм

Доверительный интервал, мкм

Стандарты, мкм

Ra1, мкм

наблюдений

SD

ошибки

SDE

min

max

ВНС-2

1

0,925 (1,00*)

0,764 (0,8*)-1,086 (1,25*)

0,431

0,078

0,33 (0,40*)

1,67

(2,00*)

2

0,372

(0,4*)

0,287 (0,32*)-0,457 (0,5*)

0,228

0,042

0,170

(0,2*)

1,27

(1,6*)

ВНС-5

1

0,892

(1,00*)

0,78 (0,80*) – 1,00 (1,00*)

0,3

0,054

0,4 (0,40*)

1,33 (1,60*)

2

0,247

(0,25*)

0,23 (0,25*) -0,27 (0,32*)

0,06

0,01

0,16

(0,16*)

0,41

(0,50*)

П р и м е ч а н и е – «*» - категориальные величины Ra по ГОСТ 2789-73

 

Список использованных источников

1.  Солер, Я.И. Выбор абразивных кругов при плоском шлифовании деталей силового набора летательных аппаратов по критерию шероховатости поверхности / Я.И Солер, Д.Ю. Казимиров // Вестник машиностроения. – 2010. - №3 - С.55-64.

2.  Шеффе, Г. Дисперсионный анализ / Г. Шеффе; пер. с англ. - М.: Физматтиз, 1980. - 628 с.

3.  Холлендер, М. Непараметрические методы статистики / М. Холлендер, Д. Вулф; пер. с англ. - М.: Наука, 1983. - 518 с.