СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Волошко Оксана Вячеславовна

ассистент Национального технического университета Украины, «Киевский политехнический институт», г. Киев

Е-mail: voloshko_o@ukr.net

Выслоух Сергей Петрович

канд. техн. наук, доцент Национального технического университета Украины, «Киевский политехнический институт», г. Киев

E-mail: vsp1@ukr.net

THE METHOD OF DETERMINING CONSTRUCTION MATERAL’S MACHINABILITY

Oksana Voloshko

Assistant of National Technical University of Ukraine

“Kyiv Polytechnic Institute”, Kiev

Sergey Vysloukh

Candidate of Technical Sciences, Associate Proffessor of National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kiev

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы определения обрабатыва­емости новых конструкционных материалов и обрабатывающих свойствах инструментальных материалов. Для этого предлагается новый способ определения обрабатываемости, который учитывает реальные свойства исследуемого материала. Способ использует возможности многомерного статистического анализа, что позволяет значительно снизить затраты времени, электроэнергии и материалов на проведение исследований, а также повысить точность определения обрабатываемости.

ABSTRACT

In the article is indicated the questions determine the machinability of new construction materials and processing properties of the tool’s materials. To do this, we propose a new method for determining the machinability, which takes into account the real properties of the researching material. The method takes advantage of multivariate statistical analysis, which can significantly reduce the time, energy, and materials for researching, as well as improve the accuracy of machinability.

Ключевые слова: обрабатываемость; конструкционный материал; инструментальный материал; многомерный статистический анализ.

Keywords: machinability; construction material; multivariate statistical analysis.

Обрабатываемость материалов является одной из важнейших технологических свойств конструкционного материала, которая характеризует совокупность его свойств, определяет способность материала подвергаться обработке различными инструментами.

Определение обрабатываемости новых конструкционных матери­алов, как и обрабатывающих характеристик новых инструментальных материалов, требует значительного количества экспериментальных исследований и больших затрат времени и средств. Поэтому предлагается определение обрабатываемости новых материалов выполнять с учетом их реальных характеристик.

Обычно каждый материал характеризуется большим набором таких характеристик, как химический состав, физико-механические свойства, структура и т. п. Поэтому учесть все эти характеристики при определении обрабатываемости материалов традиционными методами достаточно сложно. Для решения этой задачи предлагается использовать многомерный статистический анализ, включающий методы снижения размерности массивов исходной информации без потери информативности, методы классификации, группирования и распознавания образов. Возможности применения методов многомерного статистического анализа для определения обрабаты­ваемости конструкционных материалов приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Возможности применения многомерного статистического анализа для определения обрабатываемости конструкционных материалов

Применение методов многомерного статистического анализа позволяет без проведения значительных, расходных эксперимен­тальных исследований определить как относительную обрабатыва­емость, так и рациональные режимы обработки нового конструкцион­ного материала, а также обрабатывающие возможности нового инструментального материала.

Обычно определение относительной обрабатываемости нового конструкционного материала и условия использования инструменталь­ного материала, определяются путем проведения экспериментов над исследуемым и эталонным материалами при строго определенных условиях (например, с одинаковой скоростью резания). Такой метод требует значительных затрат времени, средств, энергических ресурсов и материалов на проведение исследований.

Возможности современной вычислительной техники и новейшие экономико-математические методы в виде методов многомерного статистического анализа позволяют по-другому подойти к решению задачи определения относительной обрабатываемости и рациональных режимов обработки. Для этого надо знать реальные значения физико-механических свойств и химический состав исследуемого материала.

Согласно предлагаемой методике все конструкционные и инстру­ментальные материалы предварительно разделяются на классифика­ционные группы по совокупности физико-механических свойств, химических составу и структуре. Для этого можно использовать имеющийся в справочной литературе классификацию материалов на группы (например, углеродные, легированные, жаростойкие, жаропрочные стали, алюминий и сплавы на его основе, медь и медные сплавы, чугуны, титан и титановые сплавы и т. п.). Более точное разделение обрабатываемых и инструментальных материалов на классификационные группы можно получить, используя методику кластерного анализа, а именно — автоматическую классификацию [1].

Для определения классификационной группы, к которой относится исследуемый материал, предлагается использовать возмож­ности дискриминантного анализа [2]. Дискриминантный анализ предоставляет статистический аппарат для изучения различий между двумя и более группами объектов относительно многих параметров одновременно. При этом считается, что существует две или более групп исследуемых объектов, отличающихся по совокупности пара­метров, причем эти параметры могут быть измерены по интервальной или относительной шкале. Дискриминантный анализ помогает выявлять различия между группами объектов и позволяет классифи­цировать их по принципу максимального сходства. Процедуры дискриминантного анализа реализуют задачи интерпретации и классификации. При интерпретации, когда рассматриваются различия между группами объектов, можно определить возможность, используя данный набор параметров (переменных), отличить одну группу от другой, насколько хорошо эти параметры позволяют выявить различия групп и какие из этих параметров являются наиболее информативными. Задача классификации связана с получе­нием одного или нескольких функций, позволяющих определить одну из групп, к которой относится исследуемый объект. Таким образом, используя полученные классификационные функции можно объек­тивно определить группу, к которой относится новый конструкцион­ный или инструментальный материал.

С целью уменьшения объема экспериментальных исследований при определении обрабатываемости, предлагается сжать массивы исходной информации о характеристиках материалов классифика­ционной группы, к которой отнесен изучаемый материал, что позволит значительно сократить время обработки информации и повысить точность результатов вычислений. Это целесообразно выполнить методами факторного или компонентного анализа [3, 4]. Получив, таким образом, небольшое количество латентных переменных можно их использовать для определения относительной и реальной обрабатываемости любого конструкционного материала.

На следующем этапе вычислений осуществляется определение обобщенного коэффициента обрабатываемости, учитывая особенности конкретного исследуемого материала. При этом в расчетной формуле каждая латентная переменная задается со своим весовым коэффици­ентом, который учитывает ее вклад в общую информативность всех переменных.

Для определения относительной обрабатываемости конструк­ционного материала, как и обрабатываемых свойств инструмен­тального материала, необходимо указать эталонный материал, по отношению которого она определяется. Отношение обобщающих коэффициентов исследуемого и эталонного материала указывает на обрабатываемость данного конструкционного материала.

Для определения реальной обрабатываемости нового конструк­ционного материала (рациональных режимов и условий обработки) предлагается использовать рекомендуемые нормативами режимы для классификационной группы материалов, к которой относится исследуемый материал, откорректировав их с учетом реальных его харак­теристик (химического состава и физико-механических параметров).

Таким образом, применение методов многомерного статистического материала позволяет без проведения длительных экспериментальных исследований определить обрабатываемость как относительную, так и абсолютную (рациональные режимы обработки) нового конструкционного материала, а также обрабатываемые возможности нового инструментального материала на основе использования их реальных характеристик

Список литературы:

1. Выслоух С.П. Применение методов кластерного анализа при проекти­ровании технологических процессов. // Вестник Сев. ГТУ. Выпуск 36: Автоматизация процессов и управление. Сб. Научн. Трудов Севастоп. Нац. Техн. ун-т. — Севастополь, 2002. — С. 103—108.

2. Выслоух С.П. Применение методов дискриминантного анализа при технологическом проектировании. / /Резание и инструмент в техноло­гических системах. Межвед. Научн.-техн. сборник. — Харьков: ХГПУ, 2001. — Вып. 60. — С. 26—35.

3. Выслоух С.П. Факторный анализ технологической информации. //Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Выпуск 100. Машиностроение. — Харьков, 2000. — С. 26—29.

4. Вислоух С.П. Інформаційні технології в задачах технологічної підготовки приладо- та машинобудівного виробництва: моногр. / С.П. Вислоух. — К.: НТУУ “КПІ”, 2011. — 488 с.