книги из ГПНТБ / Ящерицын, П. И. Шлифование с подачей СОЖ через поры круга

(MCOThLOCOf'-OCO

о

170

Подставив уравнения (72) в уравнение (82), полуним экспоненциальную формулу вида

тально полученными значениями контактной температу­ ры не превышают ±45 °С.

При необходимости в формулу (83) можно ввести поправочный коэффициент из формулы (63), который учитывает влияние диаметра термоэлектрода на величи­ ну измеренной контактной температуры и равен

производилось измерение контактной температуры. Таким образом, нами получено полное подтвержде­

ние ранее установленных преимуществ математических методов планирования эксперимента. Более того, приме­ нение этих методов существенно сокращает объем вы­ числительной работы, при этом обеспечивается более вы­ сокая надежность полученных зависимостей.

3. Зависимость контактной температуры от режимов шлифования при охлаждении обычным методом и через поры круга [170]

Исследования проводились на универсально шлифо­ вальном станке мод. ЗА130 с использованием описанного в гл. Ill устройства для подачи СОЖ через поры круга (см. рис. 43). При этом очистка СОЖ от шлама произ­ водилась центрифугой, которая обеспечивала очистку до 0,006—0,002 вес. 7оі при производительности 50 л!мин (см. рис. 40). СОЖ подавалась под давлением 0,5 кгс/см2.

В качестве СОЖ как при обычном методе охлажде­ ния, так и при охлаждении через поры круга использова­ лась эмульсия, а в качестве инструмента — шлифоваль­ ный круг ПП 350X40X127 характеристики Э540СМ1К6 класса А 2-го класса дисбаланса.

Нерабочие торцовые поверхности круга покрывались нитроэмалью, что обеспечивало протекание СОЖ только

171

через периферию круга. Правка шлифовального круга осуществлялась карандашом алмазным Ц4 (ГОСТ 607—

подачи на глубину). Скорость вращения круга при всех экспериментах постоянная — 35 м/сек.

Шлифуемые образцы и устройство для измерения контактной температуры были такими же, как в пара­ графе 1 настоящей главы. В качестве термоэлектрода использовалась никелевая проволока диаметром 0,03 мм, при этом допускалась погрешность между измеренной и действительной контактной температурой 5—7%,

Для установления влияния исследуемых переменных (5пр и /) на контактную температуру и изучения харак­ тера их влияния, а также для проверки непрерывности температурной характеристики в области изменения не­ зависимых переменных были проведены прикидочные эксперименты. Измерения контактной температуры осу­ ществлялись при 5Пр=1; 2,5; 5; 7,5; 10 м/мин и при / = = 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,010; 0,020; 0,030; 0,040 мм. Полу­ ченные данные представлены на рис. 60, а, б в виде трех­ мерных графиков в декартовых координатах. Каждая точка на приведенных графиках — среднее значение по десяти измерениям.

Приведенные графики указывают, что зависимая пе­ ременная (контактная температура Т) представляет со­ бой непрерывную функцию от независимых переменных (5пр и /) при обоих исследуемых способах охлаждения и в исследуемой области изменения независимых пере­ менных.

Построение этих же зависимостей в двойной логариф­ мической шкале (графики не приводятся) показало на­ личие существенной кривизны температурной поверхно­ сти, что свидетельствует о невозможности достоверного описания функции Г= /(5 пр, /) линейной зависимостью.

Сравнительный анализ рис. 60, а и б указывает на существенное качественное различие в зависимости Т =

172

/ = 0,005 0,010 мм. При охлаждении через поры круга этого не наблюдается. С увеличением глубины шлифо­ вания контактная температура возрастает плавно. Такое различие можно объяснить тем, что при небольшой глу­ бине шлифования (/ = 0,0025 мм), соизмеримой с радиу­ сом округления абразивных зерен, резание-царапание протекает неустойчиво, частично сопровождается скоб­ лением и пластической деформацией обрабатываемой поверхности.

В силу того что обычный способ охлаждения не мо­ жет обеспечить проникновение СОЖ к абразивным зер-

Рис. 60. Зависимость контактной температуры от режимов шли­ фования при обычном способе охлаждения (а) и при охлаж­ дении через поры круга (б)

173

Нам, на них не могут образоваться окиспые пленки эф­ фективной толщины. В результате действия этих и ряда других не отмеченных нами факторов коэффициент тре­ ния существенно возрастает, что вызывает повышение температуры при малой глубине шлифования.

При шлифовании с охлаждением через поры круга все абразивные зерна постоянно омываются СОЖ, за время нахождения зерен вне контакта с изделием на них успевают образоваться окисные пленки эффективной толщины. Более того, можно предполагать, что СОЖ частично попадает непосредственно в зону шлифования (в зону контакта абразивных зерен и снимаемого метал­ ла). Эти факторы обеспечивают постоянство коэффи­ циента трения, а следовательно, и плавное изменение контактной температуры в зависимости от глубины шли­ фования.

Из предварительных исследований предположитель­ но было установлено, что зависимость контактной темпе­ ратуры от режимов шлифования не может быть пред­ ставлена моделью первого порядка. Поэтому было решено постулировать модель второго порядка, а схему экспе­ римента наметить так, чтобы можно было получить мате­ матические модели обоих порядков, а статистическим анализом проверить адекватность полученных моделей. С учетом этого эксперименты при шлифовании с охлаж­ дением через поры круга были проведены по той же мат­ рице планирования и на тех же уровнях варьирования, что и в предыдущем параграфе.

В табл. 16 приведены значения контактных темпера­ тур при охлаждении через поры крута в сравнении с обычным способом охлаждения. Режимы шлифования при обоих способах охлаждения были едиными и соот­

уравнения зависимости контактной температуры от ре­ жимов шлифования при охлаждении обычным способом и через поры круга имеют вид

174

Т а б л и ц а 16

Значение контактных температур при исследуемых способах охлаждения

Оценка доверительных интервалов с использованием /-распределения Стьюдента [167] показала, что довери­ тельные интервалы значений контактной температуры весьма велики.

Невязки между измеренными значениями контактной температуры и вычисленными по формулам (87) и (88) достигают 200 °С.

Ранее выдвинутое предположение о невозможности представления зависимости контактной температуры от режимов шлифования моделью первого порядка под­ твердилось. Это же было установлено в предыдущем па­ раграфе. Поэтому не следует пренебрегать влиянием квадратичных эффектов и эффекта взаимодействия.

Тогда, приняв тот же план, составив основную матри­ цу и решив систему, получим

175

Y n = 6,3974 -! 0.0383X! + 0,3332X2 — 0.1266X? +

обоих способах охлаждения квадратичные эффекты не­ зависимых переменных и эффект их взаимодействия зна­ чимо отличаются от нуля, следовательно, представление результатов экспериментов полиномами второй степени является оправданным.

Для представления зависимости T = f(t, 5 пр) в виде обычной экспоненциальной функции подставим преобра­

Вычислив доверительные интервалы и значения кон­ тактной температуры по формулам (91) и (92) при раз­ личных режимах шлифования и осуществив эксперимен­ тальную проверку, установили хорошее согласование формул (91) и (92) с экспериментальными данными, в частности, невязки не превышали 60 °С.

Для исследования почти стационарной области, пред­ ставленной полиномами второго порядка (89) и (90), произведем канонический анализ этих уравнений [169].

Приведем уравнения регрессии (89) и (90) к канони­ ческому виду, для чего осуществим перенос начала коор­ динат в точку 5 и заменим старые координатные оси Х\ и Х2 новыми осями Х\ и х<,іповернутыми на некоторый

Уравнение (93) имеет одинаковые знаки при незави­ симых переменных, поэтому представляет собой эллипти­ ческий параболоид. Координаты центральной точки S в натуральном выражении имеют значение: Snp= 4,8 м/мин,

176

^ 0,025 мм. Центральная точка S является максимумом, так как коэффициенты при независимых переменных отрицательны, и контактная температура в центральной точке имеет значение 1500 °С. Координатные оси повернуты на угол 9° 11'. Значение контактной температуры в

центральной точке подтвердилось при эксперименталь­ ной проверке.

Уравнение (94) имеет разные знаки при независимых переменных, поэтому представляет собой гиперболиче­ ский параболоид. Центральная точка 5 является «сед­ лом» или «минимаксом», ее координаты в натуральном выражении имеют значение: 5пр= 6,3 м/мин, / = 0,004 мм. Контактная температура в центральной точке имеет зна­ чение 490 °С и соответствует экспериментально-провероч­ ному значению. Новые координатные оси повернуты от­ носительно старых на угол 4°24'.

Принимая в уравнениях (93) и (94) некоторые фикси­ рованные значения для Ц и Уц, получаем контурные кри­

В обоих случаях контурные кривые вытянуты вдоль оси X, так как в обоих случаях коэффициенты при независи­ мой переменной х2 по абсолютной величине больше, чем при независимой переменной Х\.

На рис. 61 контурные кривые равной контактной тем­ пературы в исследованной области независимых пере­ менных показаны сплошными линиями, а за ее предела­ ми — штриховыми. Здесь возможна экстраполяция, т. е. исследование зависимости T = f(t, Snp) по уравнениям (93) и (94) за пределами исследованной области, однако достоверность выводов необходимо проверять экспери­ ментально.

4. Влияние вытекания СОЖ через торцы круга на контактную температуру в зоне шлифования [171]

Исследования проводились на универсально-шлифо­ вальном станке мод. ЗА 130 с использованием устройства для измерения контактной температуры (см. рис. 56). Шлифовались образцы из стали 45 (HRC = 40—45) сече­

Шлифование производилось шлифовальным кругом ПП 350X40X127 характеристики Э540СМ1К6 при 5пр= 3 мімин и /=0,01 мм.

Сначала измерялась контактная температура при шлифовании с обычным охлаждением, затем — с охлаж-

17S

дением через поры круга, торцы которого не были окра­ шены нитроэмалью. И наконец, производилось измерение температуры при подаче СОЖ через поры круга, но его торцы были покрыты нитроэмалью, которая препятство­ вала истечению СОЖ через нерабочие поверхности круга.

Поперечная подача на глубину на каждый ход стола была автоматической. В каждом опыте производилось по 35 непрерывных двойных ходов с измерением контактной температуры.

Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 17.

Для изучения изменения контактной температуры во времени при описанных выше условиях эксперимента были сделаны записи контактной температуры, но ско­ рость движения пленки в осциллографе Н-102 была уве­ личена от 250 до 1000 мм/сек. На основании расшифров­ ки полученных осциллограмм построены графики измене­ ния температуры во времени на поверхности шлифуемых образцов (рис. 62) в момент среза термоэлектрода.

Из рисунка видно, что при исследуемых способах охлаждения тепловые процессы различаются не только количественно, но и качественно. Если время на дости­ жение максимальной температуры во всех экспериментах одно и то же, то время на остывание минимально при охлаждении через поры круга, торцы которого окрашены, и максимально при охлаждении обычным способом. Если торцовые поверхности не покрыты нитроэмалью, время на остывание имеет промежуточное значение. При по­ вторном опыте на изношенном до 280 мм шлифовальном