LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Прогнозування робочих характеристик абразивних інструментів на основі статистичного моделювання їх структури

дисперсних фаз: зерен G, зв'язки B і пор V.


Використання теорії дисперсних систем стосовно до структури абразивного інструменту передбачає визначення таких її статистичних характеристик, як середнє число контактів, середня сила зчеплення у контакті або питома поверхня наважки зерен.

Визначення характеристик абразивного інструменту в основних теоретичних дослідженнях Е.Н. Маслова, А.Н. Резнікова, А.К. Байкалова супроводжувалося розробкою моделі його структури. А.К. Байкалов є засновником системного підходу у дослідженні будови робочого шару алмазно-абразивного інструменту. Але розвинена ним методологічна база моделювання абразивного простору не може бути застосована для інструментів з традиційних абразивних матеріалів, бо вони являють собою щільні структури. Відстань між центрами щільно упакованих зерен абразивного інструменту визначається як імовірністю перебування зерна у визначеній точці простору, так і імовірністю перебування зерна на деякій відстані від іншого зерна.

Статистичне моделювання щільно упакованих абразивних структур потребує вирішення задачі обробки перетинань або контактів тривісних еліпсоїдів. Рішення цієї задачі дослідниками Eberly D., Coppola V., що пов'язані з побудовою площин дотичних до поверхонь еліпсоїдів, слід визнати найбільш універсальними, хоча складність числових методів перешкоджає їх застосуванню у задачах обробки великої кількості перетинань.

Для статистичної оцінки взаємного розподілу фаз використовуються різні види парної кореляційної функції (Manwart C., Torquato S.). На відміну від коефіцієнта кореляції, який характеризує взаємозалежність змінних, кореляційна функція визначає імовірність досягнення визначеного значення однією змінною в залежності від значення інший змінної. У даному випадку парна кореляційна функція визначає імовірність розташування однієї частки абразивної фази на деякій відстані від іншої.

Крім забезпечення заданих робочих характеристик інструменту, враховуючи експортну орієнтацію української абразивної промисловості, важливою представляється задача гармонізації стандартів ГОСТ 3647-80 і FEPA 42(43) GB 1984 на шліфувальні матеріали. Один з етапів гармонізації - встановлення відповідності між стандартами - вимагає проведення порівняльного аналізу зернового складу шліфувальних матеріалів з урахуванням його впливу на показники процесу абразивної обробки.

На основі проведеного аналізу визначені напрямки наукового пошуку, сформульовані мета і задачі дослідження.

Другий розділ присвячено питанням методів моделювання і мікроскопічного аналізу структури абразивного інструменту. Розглянуто інтегрований комплекс спеціального програмного забезпечення, який використовувався для статистичного моделювання абразивного простору і візуалізації моделі.

Розроблена методика моделювання абразивних інструментів на основі системи статистичного моделювання алмазно-абразивних інструментів, що створена на кафедрі інтегрованих технологій машинобудування ім. М.Ф. Семка НТУ "ХПІ". Основною складовою методики є модуль, який дозволяє здійснювати моделювання та імітаційний контроль наважки шліфувального матеріалу відповідно до вимог ГОСТ і FEPA. Для дослідження щільно упакованих об'єктів у роботі використовувалася версія програми Sіams S3D (freeware version), що розроблена у Новосибірському державному технічному університеті. Розроблено спеціальне програмне забезпечення, що дозволяє здійснювати моделювання упакування зерен, проводити статистичний аналіз упакування зерен і параметрів об'єктів, виділених на зображенні структури абразивного інструменту. Виведення параметрів, розрахованих на основі статистичного моделювання або аналізу зображення, було реалізовано шляхом формування звіту в середовищі MS Excel, де виконувався подальший розрахунок статистичних і робочих характеристик абразивного інструменту.

Для вирішення задач дослідження також був розроблений модуль (підсистема імітаційного контролю), який доповнює систему статистичного моделювання абразивно-алмазних інструментів, що дозволяє здійснювати моделювання наважки шліфувального матеріалу відповідно до вимог ГОСТ і FEPA.

Для якісного і кількісного дослідження зерен шліфувального матеріалу, оцінки розташування абразивної фази на фотографії структури абразивного інструменту використовувалися мікроскопічні методи аналізу структури абразивного інструменту.

Для дослідження зернового складу і характеристик шліфувальних матеріалів використовувався відео-комп'ютерний діагностичний комплекс фірми VOLLSTADT DІMANT Gmb, що знаходиться в Інституті надтвердих матеріалів ім. В.Н. Бакуля НАН України. Виділення фази зерен на зображеннях мікрошліфів абразивних інструментів і їх морфологічний аналіз виконувалися з використанням програми Scіon Іmage.

Основними робочими характеристиками абразивного інструменту є твердість як стандартна характеристика і міцність, що пов'язана з розривною швидкістю обертання круга.

У більшості теоретичних досліджень розрахункові залежності приводилися до глибини лунки (ГОСТ 18118-79), що прорізається в абразивному інструменті і є величиною, зворотною до твердості. Для отримання аналітичної залежності твердості абразивного інструменту і визначення відхилень розрахункових значень глибини лунки стосовно кожного з діапазонів зернистостей і глибини лунки hл, наведених у ГОСТ 18118-79, розраховано їх середні значення, на основі яких побудовано опорні точки і визначено залежність Nтв (hл, )

, (2)

де - середній розмір зерен, або їх математичне сподівання.

Запропонована залежність відбиває характер зміни ступеня твердості при варіюванні параметрів hл і та дозволяє розрахувати ступень твердості з максимальною відносною похибкою 7.2%.



Дослідження просторових характеристик окремих структур проводилося з використанням методики пошарової реконструкції (slіcіng), результати якої використовувалися для верифікації моделі.

У третьому розділі розглянуто основні етапи моделювання абразивного інструменту. Реалістичність моделювання структури абразивного інструменту забезпечувалася використанням параметрів розподілу розмірів зерен відповідно з вимогами стандартів до зернового складу фракцій.

Згідно до положення А.Н. Коломогорова щодо часток, отриманих у результаті дроблення, у роботі приймалася базова гіпотеза, згідно якій розміри зерен підпорядковані логарифмічно-нормальному закону розподілу. З використанням системи статистичного моделювання абразивно-алмазних інструментів для різних зернистостей шліфувальних матеріалів були визначені: середній розмір зерен - , який приймався рівним математичному сподіванню; середній об'єм зерна - Vз; та модифіковані параметри розподілу розмірів зерен: коефіцієнт розташування математичного сподівання відносно характеристичного розміру і коефіцієнт варіації (де Аmax – розмір вічка верхнього сита, на якому затримується гранична фракція; σ середньоквадратичне відхилення).