Оптимизация процесса алмазного шлифования СТМ

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.

Updated: 28.03.2016 — 18:44