Разработанная экспертная система процесса алмазного шлифования различных марок СТМ позволяет оптимизировать процесс бездефектной обработки по любому из выбранных параметров оптимизации. Придерживаясь выбранной методологии 3D моделирования на всех этапах проводимых исследований, процесс оптимизации также осуществляем в трехфакторном пространстве (рис. 8.9, 8.10, 8.11). Особенностью предложенной методологии оптимизации является производимая оценка весового вклада каждого из входных параметров в выходные показатели процесса алмазного шлифования СТМ (см. рис. 8.11 б). Такой подход является необходимым элементом экспертной системы, поскольку по уровню весового вклада фактора экспертная система может без участия эксперта принять решение по изменению входных параметров условий шлифования. Результаты использования экспериментального модуля экспертной системы для оптимизации процесса ультразвукового алмазного шлифования различных марок СТМ приведены в приложении В.
а
Рис. 8.9. Результаты оптимизации процесса алмазного шлифования СТМ
(экспериментальный модуль экспертной системы) (начало):
а — влияние частоты ультразвуковых колебаний и давления в контакте на удельную
энергоемкость процесса
б
Рис. 8.9. Результаты оптимизации процесса алмазного шлифования СТМ
(экспериментальный модуль экспертной системы) (окончание):
б — влияние силы тока в цепи управления и давления в контакте на удельную
энергоемкость процесса
□ 83,000
□ 82,000 □ 81,000 □ 80,000
□ 79,000
□ 78,000
□ 77,000
□ 76,000
□ 75,000
□ 74,000
□ 73,000 и 72,000
□ 71,000 о 70,000
□ 69,000
□ 68,000
□ 67,000
□ 66,000
□ 65,000
□ 64,000
□ 63,000 а 62,000
а
б
Рис. 8.10. Результаты оптимизации процесса шлифования СТМ
(экспериментальный модуль экспертной системы):
а — влияние частоты ультразвуковых колебаний и скорости круга на удельный расход;
б — влияние силы тока в цепи управления и давления в контакте на удельный расход
б
Рис. 8.11. Результаты оптимизации процесса шлифования СТМ и ранжирование
весового вклада факторов в эффективность процесса:
а — влияние силы тока в цепи управления и давления в контакте на производительность;
б — весовой вклад факторов в выходные показатели процесса шлифования СТМ.
Ar — относительная величина фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ», %;
^ш — коэффициент шлифования;
3
Pz — составляющая силы резания, Н; В — удельная энергоемкость, Дж/мм ;
3
Су — удельная себестоимость, коп/мм ;
3
Q — производительность шлифования, мм /мин;
33
q — удельный расход алмазных зерен, мм /мм
Выводы
На базе комплексного теоретико-экспериментального изучения 3D топографии обрабатываемой поверхности и рабочей поверхности шлифовального круга методом лазерного сканирования, моделирования 3D напряженно-деформированного состояния системы «СТМ-зерно-связка» и динамики износа ее элементов разработана экспертная система процесса шлифования, позволяющая прогнозировать и оптимизировать процесс бездефектной обработки как существующих, так и вновь создаваемых сверхтвердых материалов. В экспертной системе использована процедурная база знаний.
Экспертная система состоит из двух взаимосвязанных модулей — теоретического и экспериментального. Теоретический и экспериментальный модули экспертной системы решают как самостоятельные задачи, так и дополняют друг друга. База данных экспертной системы содержит информацию по характеристикам алмазных кругов, физико-механическим свойствам различных марок алмазных зерен и обрабатываемых СТМ.
В теоретическом модуле в единую программу сведены расчеты взаимосвязанных процессов микроразрушения элементов единой системы «СТМ-зерно-связка», установленные в гл. 4. Теоретический модуль базируется на 3D моделировании НДС системы «СТМ-зерно-связка». В него входят следующие подсистемы: определения числа работающих зерен и фактической площади контакта; определения критической величины заделки алмазных зерен в связке, величины их заглубления в связку, объемов разрушенных СТМ и алмазных зерен; определения условий бездефектной обработки; расчета 3D НДС режущего клина лезвийного инструмента из СТМ в экстремальных условиях его эксплуатации для обеспечения надежности еще на стадии его изготовления; расчета процесса усталостно-циклического разрушения СТМ и алмазных зерен для определения производительности и удельного расхода; расчета производительности термоактивируемой доводки.
Разработанный теоретический модуль экспертной системы позволяет оценивать производительность шлифования, удельный износ, шероховатость обработанной поверхности в зависимости от марки СТМ, марки зерна, зернистости, концентрации, нормального давления, скорости шлифования, фактической площади контакта и относительной опорной площади РПК. Используя теоретический модуль экспертной системы, можно для каждой пары «марка зерна-марка СТМ» определить величину нормального давления или поперечной подачи, при которых происходит трансформация процесса из производительного в прецизионный. Так, для пары «АСПК-АС6»
Рн = 2 МПа, а для «АСПК-АС2» Рн = 1.8 МПа.
На основе результатов широких экспериментальных исследований с применением методов многофакторного планирования получены уравнения регрессии, описывающие зависимость выходных показателей ультразвукового алмазного шлифования различных СТМ от режимов шлифования, управления параметрами РПК и характеристик алмазных кругов, являющиеся основой для формирования целевых функции. На базе целевых функций разработан экспериментальный модуль экспертной системы управляемого процесса алмазного шлифования СТМ, позволяющий оптимизировать процесс по производительности, удельному расходу себестоимости обработки, качеству граней, режущей кромки затачиваемого инструмента из различных СТМ и радиусу ее округления.
Доказана и реализована возможность осуществления производительной и прецизионной обработки одним и тем же кругом, в том числе и крупнозернистым, за счет целенаправленной трансформации процесса от взаимного хрупкого микроразрушения элементов системы «СТМ-связка» до термоактивируемых диффузионных съемов при контакте с металлической связкой на основе железа. Сформулировано и доказано положение о необходимости и возможности совмещения термодоводочной и контрольной операций при изготовлении лезвийного инструмента из СТМ путем осуществления обработки при термосиловых нагрузках, превышающих создаваемые в экстремальных условиях его эксплуатации.
Стойкостные испытания лезвийного инструментов из СТМ, изготовленных в предложенных условиях, показали их эффективность и надежность. При этом установлено, что определяющим параметром оценки качества обработанной поверхности является не традиционно применяемые параметры шероховатости Ra и Rz, а относительная опорная площадь обработанной поверхности, измеряемая методом лазерного сканирования.
Определены пути повышения эффективности управляемого процесса алмазного шлифования СТМ. Для повышения производительности шлифования СТМ следует уменьшать величину относительной фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ», для прецизионного (доводочного) — увеличивать.