本實(shí)驗通過(guò)對20X滲碳鋼進(jìn)行磨削加工得出表面粗糙度和圓度誤差的最小值,以此作為切入無(wú)心磨削工藝的優(yōu)化研究。輸入參數有:縱向修整進(jìn)給速度(Ssd)、切入進(jìn)給速度(Sk)、中心高度角(β)和導輪速度(Vdd)。
1. 實(shí)驗
無(wú)心磨削模型:
圖一是切入無(wú)心磨削模型,通過(guò)A值大小來(lái)調整中心高度角(β)。β和A的關(guān)系式如下:
式中的H為砂輪中心和導輪中心到無(wú)心磨床托板刀板的距離。
工件:
20X滲碳鋼(62HRC);圖二中的工件由特制的30°角托板刀板支撐;表1為實(shí)驗化學(xué)成分:
砂輪:剛玉砂輪Cn80.TB1.G.V1.500.150.305x35m/s。
機床:M1080B無(wú)心磨床,H=210mm,如圖三所示:
測量設備:
千分表測量圓度誤差,精準度為5/10000,每個(gè)工件測量三次;日本三豐Surftest表面粗糙度測量?jì)xSJ-401,臨界值0.8mm。表2中表面粗糙度和圓度誤差為連續三次測量所得平均值。
2. 實(shí)驗矩陣
實(shí)驗矩陣在無(wú)振動(dòng)條件下操作,保持砂輪速度34m/s,磨削深度0.05mm,修整深度0.01mm,無(wú)火花磨削時(shí)間1s,冷卻液流量恒定。
利用中心合成設計,四個(gè)輸入參數(Ssd,Sk,β,Vdd)值如表2所示。實(shí)驗矩陣共計29組,其中包括8個(gè)軸向點(diǎn)、5個(gè)中心點(diǎn)和16個(gè)正交點(diǎn),如表3所示:
輸入參數對輸出參量的影響
圖四展示了輸入參數對表面粗糙度(Ra)的影響。圖5—10顯示了輸入參數對表面粗糙度的交互作用影響。在每組圖片中有兩個(gè)變量,另外兩個(gè)作為恒定中間值。圖表顯示所有輸入參數對表面粗糙度都有顯著(zhù)影響。
輸入參數對圓度誤差的影響
圖11展示了輸入參數對圓度誤差的影響。圖12—17顯示了輸入參數對圓度誤差的交互作用影響。在每組圖片中有兩個(gè)變量,另外兩個(gè)作為恒定中間值。圖表顯示所有輸入參數對圓度誤差都有顯著(zhù)影響。
3. 回歸模型
實(shí)驗利用數據分析軟件Minitab 16來(lái)設置回歸系數。表4和表5分別是Ra和Δ二次函數模型的回歸系數估計值。表面粗糙度和圓度誤差模型以編碼參數的形式用非還原最終方程式表達出來(lái)。
以上模型可以在特殊設計點(diǎn)預測表面粗糙度和圓度誤差。表3還給出了預測反應值R*a 和Δ*。圖18和19給出了測量值和預測反應值之間的不同。
4. 最優(yōu)化
通過(guò)最優(yōu)化處理,將Ra和Δ最小化,而Ra和Δ也會(huì )構成多目標最優(yōu)化問(wèn)題。試驗利用Minitab 16軟件來(lái)對這些目標進(jìn)行最優(yōu)化處理。圖20和表6分別是最優(yōu)化圖和數值表。
5. 結論
在對20X滲碳鋼加工過(guò)程中,所有四個(gè)輸入參數(Ssd,Sk,β,Vdd)對輸出參量、表面粗糙度和圓度誤差都有顯著(zhù)影響。因此,為了實(shí)現對20X滲碳鋼表面粗糙度和圓度誤差的最小化目標,Ssd,Sk,β,Vdd的值應分別為241.41mm/min;7.98μm/s;7.9°和 27.76m/min。