Влияние некоторых технологических факторов на сколообразование ювелирных вставок

При изготовлении ювелирных вставок из синтетического корунда на их ребрах возникают сколы. Это обусловлено двумя факторами: величинами остаточных напряжений, возникающих в процессе деформирования, и прочности тонкого приповерхностного слоя, структура которого определяется условиями обработки, т. е. зернистостью и концентрацией алмазных зерен в инструменте, типом используемого технологического оборудования и т. д.

Величина напряжений, возникающих в приповерхностном слое в процессе деформирования материала, в дискретных областях может превысить предел прочности и, следовательно, материал в этой области разрушится. В результате неоднократного подобного воздействия возникает скол.

Технологический процесс изготовления ювелирных вставок предусматривает использование абразивно-алмазного инструмента, зернистость которого выбирается исходя из соблюдения двух условий:

— максимальной производительности процесса съема материала;

— достижения требуемой шероховатости обработанной поверхности.

Концентрацию алмазного порошка в инструменте выбирают исходя из соображений минимальной себестоимости операций обработки. На предприятиях ювелирной промышленности, выпускающих ювелирные вставки, обычно используется алмазный инструмент 50%-ной концентрации.

Ранее [1] было показано, что с увеличением концентрации алмазного порошка в алмазном инструменте, используемом для полировки корунда, уменьшаются объемные напряжения, что обусловлено внутренними напряжениями приповерхностных слоев образца. В связи с этим представляется целесообразным изучить влияние концентрации алмазного порошка в ограночном и полировальном инструментах на величину брака готовых вставок по сколам.

Отличительная особенность технологического процесса изготовления ювелирных вставок — многообразие различных типов технологического оборудования, используемого при выполнении однотипных операций. Например, при выполнении операции предварительного формообразования («подбивка») вставок используются три типа полуавтоматов — ЛЗК, ГТА-6, ГСП-1, каждый из которых характеризуется кинематическими особенностями. В этой связи интересно получить представление о возможном влиянии типа полуавтомата на величину брака вставок по сколам.

Для определения влияния упомянутых факторов на величину брака готовых вставок по сколам выбран технологический процесс изготовления вставок шифра К 2022 диаметром 6 мм на полуавтоматах ГСП-1. Экспериментальные работы проводили старшие инженеры Ратнер В. Э., Кропачев Л. Б. в промышленных условиях цеха № 22 ЛПО «Русские самоцветы».

В результате был реализован полный факторный эксперимент типа 3³ (табл. 1).

Таблица 1

Уровни варьирования изучаемых факторов

В табл. 2 даны значения величины брака готовых вставок по сколам при различном сочетании изучаемых факторов.

Таблица 2

Усредненные значения величин брака по сколам готовых вставок при различных сочетаниях изучаемых факторов

Для определения значимости влияния изучаемых факторов и их двойных взаимодействий проведен дисперсионный анализ результатов экспериментов.

Общая схема и аналитические формулы для проведения трехфакторного дисперсионного анализа на трех уровнях приведены в табл. 3 [2].

В табл. 4 приведены результаты дисперсионного анализа. Указанные данные позволяют сделать следующие выводы:

— значимыми эффектами являются: концентрация алмазного порошка в ограночном и полировальном инструментах и тип подбивочного оборудования;

— влияние концентрации алмазного порошка в ограночном инструменте и типы подбивочного оборудования существенно меньше влияния концентрации алмазного порошка в инструменте для полировки вставок;

— незначимыми эффектами являются все двойные и тройной эффекты взаимодействия изучаемых факторов.

Таблица 7

Коэффициенты регрессии

Используя результаты дисперсионного анализа, представляем математическую модель зависимости величины брака от изучаемых факторов в виде

Регрессионный анализ проводился на ЭВМ «Минск-32» по системе «Сафист» для каждого типа полуавтоматов, используемых для предварительного формообразования отдельно.

Результаты регрессионного анализа приведены в табл. 5—7.

Значения коэффициентов корреляции (см. табл. 5 — 6) свидетельствуют о сильной корреляции между величиной брака и концентрацией алмазного порошка в алмазном инструменте. Кроме того, по данным видно, что существует сильная корреляция с х₂ и x²₂ и очень слабая с x₁ и x²₁. Причем эти данные свидетельствуют о том, что с увеличением концентрации алмазного порошка в полировальном инструменте величина брака готовых вставок уменьшается, а аналогичное изменение в ограночном инструменте приводит к очень слабому, но увеличению величины брака.

На основании данных табл. 7 математическая модель зависимости величины брака от концентрации алмазного порошка в ограночном и полировальном инструментах для каждого рассмотренного типа оборудования записывается в следующем виде:

где значения факторов x₁ и x₂ подставляются в %.

Сравнивая численные значения коэффициентов в выражениях (1) — (3) , замечаем, что наиболее сильное влияние на брак оказывает концентрация алмазного порошка в полировальном инструменте. Незначительное влияние оказывает концентрация алмазного порошка в ограночном инструменте.

При использовании для предварительного формообразования заготовок полуавтомата ЛЗК бракуется наименьшее количество вставок по сколам. Максимальный процент брака наблюдается при изготовлении вставок из заготовок, формообразование которых происходило на полуавтомате ГСП-1.

На рисунке графически приведены зависимости 1-3 и нанесены результаты экспериментов.

Из всего изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Увеличение концентрации алмазного порошка в инструменте для полирования граней ювелирных вставок приводит к уменьшению брака в четыре-семь раз.

2. С целью уменьшения сколообразоваиия ювелирных вставок из синтетического корунда необходимо использовать алмазный инструмент с концентрацией 100-150% для полирования граней вставок.

3. Предварительное формообразование заготовок наиболее целесообразно проводить на полуавтомате ЛЗК.