Исследование качества электроэродированных поверхностей с использованием непараметрических критериев

Современные приборостроительные и машиностроительные предприятия, ориентированные на серийный выпуск своей продукции, неизбежно сталкиваются с проблемой изготовления геометрически сложной формообразующей оснастки [1]. Кроме того, на данном этапе развития техники получают распространение конструктивные элементы приборов и машин из полимерных композиционных материалов [2]. В таких случаях производители вынуждены обращаться к литьевому методу получения заготовок. Такие технологии были бы невозможны без формообразующих матриц, форма которых также усложняются в соответствии с формой изделия [3]. Применение новых материалов накладывает определённые требования на качество разрабатываемых матриц. Стоит отметить, что к этим требованиям относятся: высокая твёрдость материала, его износостойкость, а также шероховатость поверхности матрицы, от которой непосредственно зависит качество поверхности получаемой детали. Поэтому необходимо решить комплекс задач по разработке и изготовлению формообразующих матриц, рабочая поверхность которых должна соответствовать определённым функциональным свойствам.

Известно, что шероховатость поверхности оказывает непосредственное влияние на более чем два десятка функциональных свойств [4]. Одной из основных задач изготовления формообразующей оснастки является обеспечение геометрических характеристик ее функциональных поверхностей и, в частности, шероховатости этих поверхностей. Актуальность проблемы оптимизации микрогеометрии поверхностей объясняется тем, что возможности повышения качества изделий в результате увеличения точности размеров и формы поверхностей практически исчерпаны и связаны со значительным увеличением затрат [5].

В настоящее время для получения функциональных поверхностей формообразующей оснастки активно применяется электроэрозионная обработка (ЭЭО) [6]. Она позволяет обеспечить необходимую геометрическую точность обработки, а также обеспечить одинаковое качество обработанной поверхности по всей её площади обработки.

Рассматривая различное электроэрозионное оборудование, которое сейчас используется отечественными производителями [7], следует выделить, прежде всего, электроэрозионные прошивные станки. Принцип их работы заключается в том, что форма электрода-инструмента отображается в электроде-заготовке. Данный электрод-инструмент изготавливается индивидуально под конкретную задачу и основным требованием к материалу заготовки является его электропроводность [8]. Преимущество этого оборудования заключается в том, что на нём можно получить практически любой сложности форму с заданным качеством поверхности. При обработке заготовок сложной формы зачастую используются несколько электродов. Сложная форма разбивается на более простые поверхности, для обработки которых изготавливаются свои электроды, что приводит к увеличению производительности электроэрозионного процесса, при сохранении геометрической точности обработанной поверхности. В некоторых случаях такой метод обработки является единственным возможным. Применение электроэрозионного оборудования ограничено возможностями производства, а также квалификацией персонала, работающего с этим оборудованием [9].

Современные прошивные станки сочетают в себе практически все методы электроэрозионной обработки, такие как электроэрозионная прошивка, резка и полирование [10]. Основной практической задачей при применении метода электроэрозионной прошивки является расчёт, проектирование и изготовление электрода-инструмента.

Для получения поверхностей с заданным функциональным свойством методом электроэрозионной обработки необходимо этим процессом управлять [11]. Однако, список факторов, влияющих на шероховатость получаемых поверхностей, до конца не установлен, как и не установлена степень их влияния.

Особо следует отметить, что одним из важнейших факторов метода изготовления является получаемая микрогеометрия поверхности детали, а значение шероховатости электрода-инструмента играет одну из важнейших факторов в расчете данного процесса. В настоящее время основным критерием оценки качества поверхности является параметр Яа, в зарубежной технике используется аналог — параметр Т)1 [12,13]. Однако, достаточно давно известно, что существует так называемый непараметрический подход к оценке качества поверхности [14]. В этом направлении и сейчас ведутся исследования. Можно привести работы [15], [16] и [17], где обоснована целесообразность использования непараметрического подхода к решению задач оптимизации характеристик поверхностного слоя деталей для различных функциональных свойств поверхностей. В частности, в этих работах предложено в качестве критериев оценки шероховатости поверхности использовать графическое изображение некоторых функций, например, плотностей распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля.

Поэтому, основной целью данной работы является исследование качества электроэродированных поверхностей с использованием непараметрических критериев оценки и контроля их микрогеометрии.

4.3. Выводы по главе 4.

На примере изготовления элемента имитатора звездного неба было показано следующее.

1. Показан механизм применения непараметрических критериев для определения и контроля микрогеометрии изготавливаемых функциональных поверхностей.

2. Показана методика применения электроэрозионного оборудования для получения функциональных поверхностей конструктивных элементов.

3. Показана методика оптимизации электроэрозионного процесса для получения требуемой микрогеометрии поверхности. При этом, в числе влияющих факторов рассмотрен новый фактор — время выхаживания, а критерий оптимизации выражен при помощи непараметрических критериев оценки шероховатости поверхности. Такая методика применима для решения задач оптимизации изготовляемых методом ЭЭО поверхностей, для которых известно влияние микрогеометрии этой поверхности на функциональное свойство. В частности, в качестве рекомендации можно внести в технологические таблицы подбора режимов обработки графу, содержащие эталонные кривые распределения профиля изготавливаемой поверхности на конкретном режиме ЭЭО, что позволит значительно упростить решение задачи оптимизации поверхности.

4. На практике проверена методика применения результатов исследований изменения микрогеометрии получаемых поверхностей в процессе ЭЭО на примере изготовления элемента ИЗН.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты.

1. Установлено влияние энергетических параметров (пиковый ток, напряжение, длительность импульса и паузы) на шероховатость получаемых поверхностей в процессе ЭЭО. Построены адекватные математические модели (уравнения регрессии) процесса, позволяющие прогнозировать результаты исследования. Адекватность моделей позволяет судить о достаточности количества проведённых опытов. Эти математические модели могут быть использованы в задачах оптимизации шероховатости поверхности.

2. Проведена оценка электроэродированных поверхностей по второму уровню, т. е. при помощи плотностей распределения ординат и тангенсов углов наклона профилей. Разработана методика количественной оценки изменения кривых распределений при помощи коэффициентов асимметрии и эксцесса. Количественная оценка этих кривых позволяет построить их математическую модель, что позволяет прогнозировать изменение кривой распределения от влияющего на неё фактора.

3. Установлено, что во время ЭЭО на одном и том же режиме, микрогеометрия обрабатываемой поверхности не приходит к установившемуся значению, а постоянно изменяется, причём данное изменение носит циклический характер.

4. Проведённые эксперименты выявили новый влияющий фактор на производительность электроэрозионного процесса, названный в данной работе инструментальной шероховатостью, что дает возможность установить наиболее выгодную шероховатость электрода-инструмента для увеличения производительность электроэрозионного процесса.

5. Разработана методика использования непараметрических критериев для оценки и контроля микрогеометрии изготавливаемых функциональных поверхностей методом ЭЭО.

6. Разработана методика оптимизации электроэрозионного процесса для получения требуемой микрогеометрии обработанной поверхности. В числе влияющих факторов на процесс получения требуемой микрогеометрии методом ЭЭО рассмотрен новый фактордлительность обработки (время выхаживания), а параметр оптимизации выражен при помощи непараметрических критериев оценки шероховатости поверхности. В частности, в качестве рекомендации можно внести в технологические таблицы подбора режимов ЭЭО графу, содержащую кривые плотности распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля микрогеометрии обрабатываемой поверхности на конкретном режиме, что позволит значительно упростить решение задачи оптимизации шероховатости поверхности.