Файл: Ящерицын, П. И. Шлифование с подачей СОЖ через поры круга.pdf

шины такой осциллограммы разновысоки. Разновысот­ ность объясняется тем, что срезы термоэлектрода осу­

круга. Более того, по геометрии абразивные зерна так­ же существенно отличаются друг от друга. В результа­ те длина горячего спая на периметре контакта термо­ электрода с образцами также различна. Поэтому вели­

Кроме того, при воздействии нескольких абразивных зерен на термоэлектрод наблюдается весьма существен­ ная разность температур между отдельными участками контактного периметра термоэлектрода. В момент сре­ зания абразивным зерном какого-то участка термоэлек­ трода на нем возникает максимальная температура, а рядом лежащие участки имеют гораздо меньшую тем­ пературу. В термопаре возникают токи, замыкающиеся

внутри спая, а разность потенциалов на холодном спае падает.

При измерении контактной температуры тонкими термоэлектродами (0,05—0,03 мм и меньше) их среза­ ние, как правило, осуществляется одним зерном и осцил­ лограмма является одновершинной (рис. 57,6).

^Остановимся на вопросе тарировки полуискусствен­ ной термопары. Обычно при тарировании горячий спай термопары полностью погружается в нагревающую сре­ ду и выдерживается при установленной температуре определенное (достаточно большое) время, т. е. осуще­ ствляется статический нагрев горячего спая.

При шлифовании, как уже отмечалось, горячий спай

156

Здесь k — постоянная Больцмана; е — заряд электрона; па, «б — число свободных электронов одного и другого термоэлектродов.

Отсюда видно, что термоэлектродвижущая сила про­ порциональна разности температур ее спаев.

Учитывая, что термоэлектродвижущая сила термопа­ ры, приходящаяся на разность температур 100 °С, суще­ ственно зависит от химического состава и технологии получения термоэлектродов, нами производилось опре­ деление этой силы при разности температур горячего и холодного спая 100°С. Для этого измерялась термо­ электродвижущая сила при установившейся разности температур спаев с включенным и выключенным посто­ янным сопротивлением, а затем вычислялась термо­ электродвижущая сила, приходящаяся на разность тем­

где ki — цена деления гальванометра; R — добавочное сопротивление; П\, ti2 — показания гальванометра при выключенном и включенном добавочном сопротивлении; h —U — установившаяся разность температур.

Таким образом, определялась физическая константа данной конкретной термопары. В частности, для термо­ пары термообработанная сталь 45 — никель термоэлек­ тродвижущая сила на 100 °С составляет 3,28 мв.

Расшифровка осциллограмм производилась по фор­

мм/ма; с= 3,28 — термоэлектродвижущая сила термо­ пары на 100 °С, мв.

Также производились контрольные измерения термо­ электродвижущей силы термопары по постоянным точ­ кам плавления и кипения дистиллированной воды, оло­ ва, свинца, цинка, алюминия и манганина.

Итак, на точность измерения контактной температу­ ры существенное влияние оказывает диаметр проволоч­

157

ного термоэлектрода. Чем меньше диаметр термоэлек­ трода, тем точнее измерение контактной температуры. Большая погрешность при использовании термоэлектро­

среза термоэлектрода одним зерном, т. е. электрод сре­ зается не одним, а несколькими зернами и со смещением во времени. При этом тепловые импульсы воздействуют не сразу на весь периметр горячего спая, а на его от­ дельные участки и со смещением во времени. В проме­ жутках между отдельными срезами происходит интен­ сивное остывание и между горячими и охлаждающимися участками контактного периметра возникают замкну­ тые в пределах горячего спая термотоки, которые пони­ жают разность потенциалов на отводящих проводниках.

2.Эффективность математического планирования эксперимента при определении зависимости

контактной температуры от режимов шлифования

Прежде чем заниматься сравнительными исследова­ ниями контактной температуры при шлифовании с охлаждением обычным способом и через поры круга, необходимо было выбрать правильное методическое на­ правление исследований.

При изучении тепловых явлений при шлифовании возможны два различных подхода — экспериментальный и теоретический.

Чисто теоретический подход базируется на использо­ вании метода принципов совместно с модельными ги­ потезами. Метод источников: мгновенного полосового источника на поверхности полубесконечного тела [115], длительного полосового источника на поверхности полу­ бесконечного тела [123]; метод суммирования тепловых

158

ного полосового источника, перемещающегося по поверх­ ности массивного тела [129], и др.

При таком подходе все сведения о тепловых явлени­ ях при шлифовании устанавливаются теоретически. С помощью основных принципов выводятся дифферен­ циальные уравнения, описывающие изучаемое явление. В этих теоретических уравнениях все коэффициенты из­ вестны на основе использования соответствующих мо­ дельных гипотез.

Теоретический метод отличается исключительной сложностью, требует принятия ряда допущений и пока обладает ограниченными возможностями.

Достоинством экспериментального метода является достоверность получаемых результатов. Недостаток со­ стоит в ограниченной ценности его результатов: сведе­ ния, почерпнутые из любого данного опыта, не могут быть применены к другому процессу, который в какойлибо мере отличается от данного опыта, иными слова­ ми, при экспериментальном подходе каждое конкретное (единичное) явление должно служить самостоятельным объектом опытного изучения.

Однако, учитывая отсутствие работ по изучению те­ пловых явлений при шлифовании с охлаждением через поры шлифовального круга и существенное влияние это­ го метода охлаждения на все стороны процесса шлифо­ вания, было решено провести экспериментальное иссле­ дование зависимости контактной температуры от режи­ мов шлифования в сравнении со шлифованием при обычном способе охлаждения.

В последнее время усилиями многих зарубежных и отечественных ученых была создана математическая теория эксперимента, наиболее разработанным разде­ лом которой является планирование эксперимента. Пла­ нирование эксперимента — это постановка опытов по некоторой заранее составленной схеме, обладающей ка­ кими-то оптимальными свойствами. Процесс исследова­ ния обычно разбивается на отдельные этапы. После каждого этапа исследователь получает информацию, по­ зволяющую ему изменять стратегию исследования. Та часть труда исследователя, которая ранее базировалась целиком на его интуиции, оказалась формализованной.

Развитие концепции планирования эксперимента бы­ ло начато Фишером более 30 лет назад. Более 15 лет

159

прошло с тех пор, когда Бокс и Уилсон опубликовали первую работу о новом, наиболее интересном направле­ нии, которое называется в отечественной литературе планированием экстремальных экспериментов. За рубе­ жом это направление принято называть планированием поверхности отклика пли методом характеристических поверхностей.

По математическому планированию эксперимента имеется ряд монографий [142—151]. Эти методы полу­ чили наиболее широкое применение в химии, биологии, металлургии, автоматизации, физико-технических ис­ следованиях [152— 155], деревообработке [156] и галь­ ванотехнике {157].

В последнее время математические методы планиро­ вания эксперимента стали применяться исследователями в изучении стойкости и температуры лезвийного инстру­ мента [158—161], а В. И. Муцянко применил эти мето­ ды в исследованиях по шлифованию [162—166].

Наиболее четкое определение эффективности мате­ матического планирования эксперимента дано В. В. Налимовым в предисловии к русскому изданию работы Хикса [147]:

1. Математическая статистика прежде всего ввела в

теорию эксперимента концепцию «случая». Это значит, что эффекты, обусловленные многочисленными строго детерминированными, но неконтролируемыми фактора­ ми, предложено рассматривать как случайные. Нет не­ обходимости стабилизировать случайные факторы, их действие учитывается путем рандомизации условий про­ ведения эксперимента, для чего используются планы с разбиением на ортогональные блоки, неполноблочные планы и т. д.

2. Планирование эксперимента позволяет резко по­ высить точность и снизить его трудоемкость. В задачах со многими факторами исследователю предлагается ставить эксперименты так, чтобы варьировать все фак­ торы сразу в отличие от традиционного подхода, при ко­ тором исследователь изучает действие каждого фактора в отдельности. Чем больше факторов, тем больше вы­ игрыш в точности и трудоемкости.

3. Планирование эксперимента позволяет построить стратегию исследования, основанную на последователь­ ности четких, логически осмысленных операций, что по-

160

зволяет избежать тех ловушек, в которые нередко попа­ дают исследователи из-за слишком большого увлечения эмпиризмом или, наоборот, из-за теоретических пред­ рассудков.

Для проверки полученных выводов были поставлены две серии экспериментов. В первой серии эксперименты проводились классическим методом, когда изменяется один фактор при формальном постоянстве других. Вто­ рая серия опытов была осуществлена по методу много­ факторного эксперимента с исследованием поверхности отклика, при котором варьируют одновременно всеми переменными факторами.

Станок, шлифовальный круг, режимы его правки, ско­ рость вращения круга, устройство для измерения кон­ тактной температуры и термоэлектрод были теми же, что и в параграфе 1 настоящей главы. Диаметр термо­ электрода был 0,03 мм. Фактор скорости вращения детали исключался, шлифуемым материалом была тер­

ных t, а на рис. 59 показано семейство кривых зависи­ мости T = f( t) при различных 5пр. Каждая точка на рис. 58 и 59 — среднее значение по десяти измерениям. По этим данным методом наименьших квадратов была получена следующая эмпирическая зависимость кон­ тактной температуры от глубины шлифования і и про­ дольной подачи 5Пр:

ки в отдельных точках достигают 200—400 °С. Это ука­ зывает на неадекватность формулы (68), точнее, ее ви­ да, полученного на основе экспериментальных данных. Попытки выразить наблюденную зависимость формула­ ми другого вида не дали желаемого результата. Следо­ вательно, зависимость контактной температуры от глу-