Выглаживание является одним из методов поверхностного пластического деформирования. На стабильность процесса выглаживания влияют глубина внедрения индентора в поверхность детали, величина подачи и скорость выглаживания – при оптимальном подборе данных величин исключается возможность возникновения автоколебаний и вибраций, приводящих к резкому ухудшению качества поверхности. Кроме того, значительное влияние оказывают материал выглаживателя, степень износа индентора, его форма и расположение относительно центров станка, и качество обрабатываемой заготовки [5] (равномерная твердость, шероховатость поверхности, волнистость, биения и т.д.). Данные характеристики влияют на точность поверхности и размер детали. Характер колебаний зависит от жесткости технологической системы СПИД. Здесь немаловажно учитывать и способ выглаживания. Упруго закрепленный индентор не исправляет неточности форм, но является менее чувствительным к биениям поверхности, а изменение размеров, волнистость и шероховатость получаются равномерными по всей поверхности, часть амплитуды колебаний компенсируется упругим элементом державки. При жестком выглаживании в значительной мере исправляются непрямолинейность, овальность и конусность, снижается волнистость, однако возникает неравномерность шероховатости и микротвердости поверхности. Из-за сильных вибраций, выглаживание с жесткой кинематической связью невозможно при скоростях выше 170 м/мин.[6]
В случае, когда режимы обработки подобраны с учетом всех рекомендаций, а деталь надежно закреплена в шпинделе станка, но заготовка имеет неравномерности в материале, прерывистость поверхности, значительные геометрические отклонения, выглаживатель начинает испытывать удары. Индентор будучи твердым, но хрупким быстро изнашивается, образуются сколы и выкрашивания, инструмент начинает царапать поверхность, а не сглаживать её. Кроме того, в процессе обработки могут возникнуть вынужденные колебания, что так же приводит к резкому ухудшению качества поверхности.[6] Обрабатывать прерывистые и криволинейные поверхности рекомендуется с помощью устройств, имеющих в своей конструкции демпфирующие элементы.
Наиболее эффективная обработка закаленных сталей при начальной шероховатости от 7 до 10 класса, при которой достигается уменьшение шероховатости примерно на 2-3 класса. При работе с шероховатостью ниже 7 класса, шероховатость снижается на один класс, что говорит о низкой эффективности. Обработка незакаленных сталей эффективна при начальной шероховатости от 5 до 8 класса. [6]
Кроме того, возможно уменьшение чувствительности процесса к вариативным параметрам качества заготовки. Этого можно добиться, исследуя варианты и сочетания параметров и режимов выглаживания, применяя методы описательной статистики и планирования эксперимента. Количеством факторов, влияющим на параметр оптимизации, определяется число опытов эксперимента и сложность получаемой формулы. Следует учитывать, что точность модели процесса тесно связана с объемом работ и затратами времени и средств. С целью уменьшения количества факторов, уменьшения объемов работ и затрат, поводится отсеивание наименее весомых факторов методами экспертной оценки.[4]
В реалиях производства сложно оценить эффективность и целесообразность работы, используя лишь один показатель качества продукции. В процессе получения и анализа информации об изучаемом объекте, возможна смена параметра оптимизации. К примеру, от рассмотрения показателей качества поверхности возможен постепенный переход к показателям трудоемкости или затрат на производство. Это позволяет наиболее объективно оценить результаты деятельности предприятия в целом, способствует нахождению оптимума между качеством получаемой поверхности и производительностью труда (в случае обработки методами ППД: при малой величине подачи снижается высота шероховатости поверхности, но растет время обработки каждой детали).
В связи с описанным ранее, обнаруживается необходимость в оперативном контроле и управлении качеством получаемых деталей при невозможности снятия их со станка. Совершенствование профилографов-профилометров с целью контроля величины шероховатости является нецелесообразным, т.к. требует больших затрат. При этом точность измерения напрямую зависит от характеристик станка, в соответствии с чем, точность, как правило, теряется. Следовательно, необходим поиск иных решений, основанных на косвенных методах измерения.
Доказано, что физико-механические свойства обработанной поверхности связаны с величиной её шероховатости. На этом основывается метод электропроводности: шероховатость поверхности коррелирована с токопроводящей способностью. Таким образом, величину шероховатости можно оценивать по изменению индуктивности катушки, регистрируемом микроамперметром.[2]
Стабильность процесса в целом возможно сопоставлять с получаемым вибросигналом из зоны воздействия индентора на деталь. Сила воздействия связана с ускорением, следовательно, если в ходе анализа получаемых величин виброускорений установлено, что величина является стабильной и эргодичной, то и процесс является стабильным и эргодичным, а сила выглаживания не меняется. Отсюда, анализ вибросигналов позволяет судить о получаемых параметрах шероховатости, микротвердости и их постоянстве.
Стабильность получаемых вибросигналов целесообразно анализировать по признакам наличия резких пиков, разбросу величин и их симметричности. Спектральный анализ вибросигналов (при исключении из расчета вынужденных колебаний выглаживателя) позволяет судить о стабильности процесса выглаживания: о состоянии индентора, о параметрах качества поверхности на выходе.
При диагностике получаемого сигнала возможно применение метода эталонов. Изначально задаются величины, характеризующие получение и неполучение диагностируемого параметра, и рассчитывается расстояние между ними.[1] Идентификация качества поверхности детали происходит путем сравнения расстояния между величиной, полученной на практике, и эталонной величиной с расстоянием, рассчитанным ранее. Анализ должен проводиться с учетом коэффициентов весомости, устанавливаемых экспертными методами, и рассчитываться взвешенное евклидово расстояние.
В целях избежания затрат на брак, целесообразно статистическое управление качеством, включающее в себя контроль получаемых параметров в режиме реального времени, оперативное вмешательство процесс в случае обнаружения отклонения сигналов от установленной нормы, а так же анализ возможных причин появления несоответствий с целью их дальнейшего предупреждения.
Наибольшее распространение получили контрольные карты Шухарта, позволяющие оперативно следить за протеканием процесса и своевременно регулировать его.[3] Перед началом наблюдения устанавливаются центральная линия, верхняя и нижняя границы наблюдения: CL, USL и LCL соответственно. Выход наблюдаемой величины за пределы границ свидетельствует о выходе процесса из стабильного состояния и необходимости безотлагательного вмешательства с целью подналадки.
Существуют для вида анализа с помощью контрольных карт: количественный и анализ по альтернативным признакам. При количественном анализе процесса необходимо наиболее точно определить значение полученного параметра, по которому определяется состояние процесса – шероховатость поверхности, микротвердость. Необходимостью высокоточных измерений контролируемого параметра обуславливается высокая стоимость контроля. Целесообразно применение анализа по альтернативным признакам (число дефектных изделий, число дефектов и др.), когда достаточно установить только наличие несоответствия. Следует учитывать существенный недостаток по сравнению с анализом по количественным признакам – меньшую информативность.
Статистическая управляемость процесса характеризуется его полной изменчивостью, представляющую собой внутригрупповую изменчивость в сложении с вариативным влиянием меняющихся факторов (ошибки оператора, износ инструмента, систематическая погрешность и др.) [9].
Алмазное выглаживание – процесс, требующий высокой точности, а, следовательно, вмешательства в процесс и анализа условий протекания процесса даже при малейших отклонениях. Вместе с тем, контрольные карты Шухарта могут не отреагировать на незначительные отклонения, которые могут привести к большим последствиям, чем кажется изначально. Главное отличие КУСУМ-карт средних значений от -карт Шухарта состоит в том, что отклонения регистрируются в форме накопленной суммы всех значений от начала процесса.[7] Кумулятивная сумма может быть рассчитана различными способами в зависимости от выбранного вида статистики: разность абсолютного значения и его математического ожидания, последовательные разности и др. В случае если процесс обработки поверхности стабилен, значение накопленной суммы, с учетом уровня настройки процесса, колеблется вокруг оси времени t, не образуя линейных трендов. Когда в процессе появляются отклонения, сумма средних значений начинает удаляться от оси. Анализ КУСУМ-карт производится с помощью выбранной V-маски, характеризующейся углом раскрытия 2Q и высотой основания d: маску перемещают по всем контролируемым точкам так, чтобы точки графика совпадали с точкой измерения маски О, а биссектриса маски была параллельна оси времени [ГОСТ Р 50779.45-2002]. Процесс не требует вмешательства, если весь график находится внутри V-маски при каждом её положении. В противном случае процесс требует поднастройки, после проведения которой суммирование контролируемых величин начинается заново. Так же применяется численный метод оценки с использованием схемы принятия решений, когда целью анализа является обнаружение отклонений без графической визуализации получаемых данных.
Допусковый подход к контролю качества деталей на выходе имеет ряд существенных недостатков: малая информативность, невозможность своевременной поднастройки процесса обработки; затраты на отсеивание бракованных деталей и исправление незначительного брака; невозможность перехода к циклу непрерывного улучшения.
Применение статистических методов управления процессами поверхностно пластического деформирования, а в частности выглаживания, [8] позволит снизить вероятность выпуска бракованной продукции, а, следовательно, снижаются затраты на брак, повышается конкурентоспособность предприятия. Данные методы контроля и управления качеством процессов обработки деталей, основанных на пластической деформации поверхности, ведут к снижению возможных вариаций параметров качества поверхности на выходе, является шагом к достижению целей политики в области качества предприятия, удовлетворению требований потребителей, и успешного функционирования на рынке.
Библиографическая ссылка
Черемухина Н.Ю. СТАТИСТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ // European Student Scientific Journal. – 2017. – № 2. ;URL: https://sjes.esrae.ru/ru/article/view?id=420 (дата обращения: 18.04.2024).