Содержание к диссертации
Введение
Состояние проблемы. цель и задачи исследования 13
Анализ подходов к исследованию процессов лезвийной обработки неметаллов с анизотропными свойствами 13
Основные пути повышения эффективности обработки отверстий в неметаллах и композиционных углепластиках 26
Цель и задачи исследования 29
Физико - механические характеристики композиционных углепластиков влияющие на процесс разрушения при резании 31
Структура и физические свойства композиционных углепластиков 31
Влияние физико-химических свойств композиционных углепластиков на процесс лезвийной обработки 42
Результаты и выводы по главе 51
Моделирование контактного взаимодействия в процессе лезвийной механической обработки композиционных углепластиков 52
Определение модуля упругости и деформаций при разрушении резанием лезвийным инструментом композиционного углепластика з
Реологическая модель разрушения композиционных углепластиков при резании лезвийным инструментом 59
Моделирование процесса взаимодействия инструмента и 65 обрабатываемой заготовки из композиционного углепластика
Результаты и выводы по главе 82
Экспериментальные исследования процессов механической обработки отверстий, показателей качества и точности обработанной поверхности 83
1 Выбор методов и средств для оценки процессов обработки отверстий 83
2 Измерительно-вычислительный комплекс для проведениянатурных испытаний механической обработки отверстий 85
3 Измерительно - вычислительные комплексы контроля параметров качества обработанной поверхности и режущего инструмента 89
4 Измерительно - вычислительный комплекс триботехнических испытаний образцов пары «режущий инструмент — композиционный углепластик» 92
5 Результаты и выводы по главе 99
Достижение заданной точности и качества поверхности на операциях сверления композиционных углепластиков 101
1 Повышение эффективности обработки 101
2 Оценка сходимости теоретических и практических исследований
5.3 Результаты и выводы по пятой главе 116
Общие результаты и выводы 117
Литература
- Основные пути повышения эффективности обработки отверстий в неметаллах и композиционных углепластиках
- Влияние физико-химических свойств композиционных углепластиков на процесс лезвийной обработки
- Реологическая модель разрушения композиционных углепластиков при резании лезвийным инструментом
- Измерительно - вычислительные комплексы контроля параметров качества обработанной поверхности и режущего инструмента
Введение к работе
Актуальность темы. Современные силовые энергетические машины требуют от применяемых конструкционных материалов высоких эксплуатационных свойств, в первую очередь, отвечающих за работоспособность и ресурс. Традиционные конструкционные материалы на основе металлов и их сплавов не в состоянии удовлетворить эти требованиям. Поэтому широкое применение получают реактопласты на основе полимерных смол (фенольных, эпоксидных и др.) и угольного волокна – углепластики антифрикционного назначения, марок ФУТ и УГЭТ. Эти композиты обладают рядом достоинств: высокие удельные прочностные и упругие характеристики; стойкость к агрессивным химическим средам; низкая тепло- и электропроводность; уникальные триботехнические характеристики и др. Указанные свойства позволяют успешно применять их для экстремальных условий работы узлов машин, спроектированных для нужд оборонного комплекса страны, энергетики и транспорта.
При изготовлении агрегатов гидравлических и паровых турбин используют большую номенклатуру крупногабаритных деталей из углепластиков (подпятников, втулок направляющего аппарата, сферических подшипников скольжения, шаровых опор и др.). Основным способом крепления этих деталей в агрегатах является механический, через выполненные отверстия по 8…10-му квалитетам с высокими требованиями по параметрам точности и качества (отклонения формы: овальности, конусообразности, шероховатости до Ra не выше чем 6,3 мкм, отсутствие дефектного слоя, микротрещин, вырывов материала и т.п.).
Заготовительные операции – методом прессования не обеспечивают заданной точности и качества, а в ряде случаев получение отверстий на этих операциях вообще невозможно. Раскрой материала с помощью алмаза и гидроабразивная резка приводят к появлению дефектного слоя до двух и более мм, что также требует финишной отделочной обработки. Поэтому основным методом является сверление отверстий спиральными сверлами. Процесс механической лезвийной обработки углепластиков в настоящее время целиком изучен мало. Применительно к современному авиа- и судостроению, производству ракетной техники, известны некоторые работы, в которых рассмотрены частные вопросы механической обработки реактопластов. При расширении областей использования углепластиков в различных отраслях машиностроения актуальной является разработка научно обоснованной технологии механической лезвийной обработки композиционных материалов, опирающейся на моделирование процессов разрушения резанием с дифференцированным учетом их специфических физико-химических свойств.
Цель работы. Повышение эффективности обработки отверстий в заготовках из композиционного углепластика спиральными сверлами, на основе моделирования процесса резания с дифференцированным учетом их физико-механических характеристик.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-предложена научно обоснованная модель процесса обработки отверстий в заготовках из композиционного углепластика лезвийным инструментом – спиральными сверлами;
- на основе модели разработан алгоритм адаптации обработки отверстий в заготовках из композиционного углепластика, позволяющий на этапе проектирования учесть влияние на процесс резания основных физико-механических характеристик обрабатываемого материала;
- установлены зависимости между физико-механическими характеристиками обрабатываемого материала и геометрией спиральных сверл, с целью назначения рациональных режимов резания и достижения заданной работоспособности режущего инструмента;
- предложен метод управления показателями процесса резания на основе комплексной оценки параметров точности и качества обработанных отверстий;
- выполнен комплекс исследований по достижению заданной размерной точности обработки, качества поверхностного слоя и выбора эффективных методов повышения производительности процесса сверления.
Методы и средства исследования. В работе использованы основные положения теории резания и изнашивания инструментальных материалов, теории упругости и динамики технологических систем механической обработки, методы системного анализа и математической статистики, оптимизации динамических параметров пары «инструмент - обрабатываемый материал», развитые в задачах инструментального мониторинга и диагностики.
Оценка основных динамических и триботехнических характеристик пары «инструмент – композиционный углепластик» проводилась на измерительно-вычислительном комплексе (ИВК) на базе стандартной машины трения СМЦ-2. Натурные испытания проводились на спроектированном ИВК на базе сверлильного станка 2Н125. Для обработки данных использовался пакет прикладных программ «PowerGraph 3.3». Оценка параметров качества (микрогеометрии) – на ИВК «Профиль», визуальный мониторинг – на ИВК «Latimet Automatic».
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Теоретические положения и выводы подтверждены экспериментально положительными результатами применения в производственных условиях. Достоверность результатов исследования контактных взаимодействий режущего лезвийного инструмента с композиционным углепластиком подтверждена удовлетворительным соответствием результатов с основополагающими решениями, полученными по процессам резания неметаллов в работах других авторов. Новизна выполненных технических решений подтверждается соответствующими техническими актами, приложенными в работе.
Разработанная система программной адаптации обработки отверстий спиральными сверлами в заготовках из композиционного углепластика позволяет обеспечить высокую производительность обработки при жестких ограничениях по точности размеров, форме и качеству поверхностного слоя.
Система работает совместно со стендами и машинами трения, ИВК «Профиль», «Latimet Automatic», а также с приборами и комплексами оценки основных физико-механических характеристик традиционными методами испытания, позволяющими с необходимой полнотой оценить состояние поверхностного слоя обработанных изделий.
Предложенные методы комплексной оценки основных эксплуатационных параметров качества пары трения «инструмент – композиционный углепластик» и методы расчетов режимов обработки нашли применение в энергомашиностроении на операциях механической лезвийной обработки – сверлении, при разработке новых технологических процессов (ЦНТУ ПК «Прометей», ОАО «Силовые машины» ЛМЗ, ООО «Обуховский терминал-М», Санкт-Петербург).
Материалы диссертации внедрены в учебный процесс и использованы при подготовке профилирующих дисциплин на технологическом факультете ГОУ ВПО ПИМаш.
Отдельные результаты, представленные в диссертационной работе, получены в рамках проектов:
1. Государственный заказ № 02.467.11.2007от 05.10.2005г., тема с ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»: «Создание новых высокоэкономичных композиционных материалов для экстремальных условий эксплуатации, разработка технологии их изготовления и адаптации к применению в производстве и их коммерциализация».
2. Целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 – 2010 годы)», тема № 2.1.2/6730: «Исследование влияния наноструктуризации технологических сред применительно к триботехническим задачам энергомашиностроения».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались в период с 2005 по 2009 гг. на ряде научно – технических конференций, симпозиумов, совещаний и семинаров: «Полимерные композиты в триботехнике. Проблемы создания и применения. Опыт эксплуатации» (ЦНИИ КМ «Прометей», С-Петербург, 2005); «Современное оборудование и оснастка машиностроительного производства» (С-Петербург, 2006); «Триботехника на транспорте»; «Транстрибо – 2005», СПбГПУ, (С-Петербург, 2006); «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (Рыбинск, 2009); на конференциях и научно-технических семинарах ПИМаш (2005-2009), докладывались на расширенных заседаниях кафедр «Станки и металлообрабатывающие комплексы» РГАТА (Рыбинск, 2009), «Проектирование технических и технологических комплексов» СГТУ (Саратов, 2009, 2010).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 122 наименований и содержит 130 страниц текста, включая 12 таблиц, 47 рисунков и два приложения, которые подтверждают работоспособность разработанных алгоритмов и эффективность предложенных решений. Результаты диссертационной работы внедрены на отраслевом уровне.
На защиту выносятся:
-
Методика определения упругого последействия композиционного углепластика на заднюю поверхность лезвийного режущего инструмента.
-
Методика оценки триботехнических характеристик пары «инструмент – композиционный углепластик».
-
Модель процесса разрушения композиционного углепластика, учитывающая с необходимой полнотой физико-механические характеристики обрабатываемого материала и особенности процесса сверления.
-
Реологическая модель разрушения композиционного углепластика в процессе резания лезвийным инструментом при сверлении.
-
Алгоритм выбора рациональных режимов обработки отверстий сверлением в композиционном углепластике.
-
Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований на основе предложенных методик и внедрения в производственных условиях.
Основные пути повышения эффективности обработки отверстий в неметаллах и композиционных углепластиках
Для повышения эффективности обработки отверстий необходимо изучить основные физико-механические свойства обрабатываемого материала, влияющие на технологические параметры обрабатываемости данного материала.
Основным способом обработки отверстий в серийном производстве остается лезвийная механическая обработка при помощи спиральных сверл. Данный способ не всегда обеспечивает заданных параметров точности и качества обработки поверхности, а также не обеспечивает необходимой производительности. Получение отверстий на заготовительных операциях, формовки и намотки, не всегда возможно, а лезвийные способы обработки отверстий не в состоянии обеспечить заданных параметров точности или являются дорогостоящими, требующими сложного технологического оборудования и оснастки. Опыты абразивной обработки неметаллов показали неплохие результаты по сравнению с лезвийной обработкой спиральными сверлами. Абразивная обработка обеспечивает большую производительность и высокое качество обработанной поверхности. При абразивной обработке присутствует негативное явление - это засаливание рабочей поверхности режущего инструмента, вследствие чего ухудшаются режущие свойства, и увеличивается количество теплоты, выделяемой в процессе резания. В процессе абразивной обработки образуется большое количество пыли от разрушения армирующего волокна и газообразных выделений вследствие деструкции материала матрицы, что приводит к загрязнению рабочего пространства производственного помещения. Для снижения негативных явлений в процессе абразивной обработки можно с успехом применять СОТС, при этом нужно учесть влияние СОТС на материал заготовки. Данный факт показывает, что лезвийная обработка отверстий спиральными сверлами на сегодняшний день является более приемлемой и экономически целесообразной для обработки неметаллов.
Обработка КУ с использованием спиральных сверл получила наибольшее распространение для изготовления отверстий под крепеж, к которым не предъявляются высокие требования по точности и низкой шероховатости. Для чистовой обработки поверхности рекомендуется использовать абразивный алмазный инструмент на металлической связке (поверхности функционального назанчения), обработка которым позволяет получить заданный уровень качества поверхности без потери производительности.
Как было сказано выше, при обработке неметаллов имеет место упругое последействие обработанного материала, поэтому рекомендуется производить резание с большими скоростями, чтобы уменьшить эту зону. Для получения низкой шероховатости необходимо, чтобы подача режущего инструмента была достаточно низкой, при этом соотношение скорости главного движения и скорости подачи позволило бы равномерно распределять тепло, выделяющееся в процессе сверления равномерно по поверхности обрабатываемой заготовки, не приводя к образованию прижогов на обрабатываемой поверхности.
Основным недостатком применения спиральных сверл для обработки КУ является образование трещин и расслоений при входе и выходе сверла из заготовки. Для уменьшения данного явления можно использовать инструмент со специальной геометрией режущей части. Для повышения износостойкости режущего инструмента используют различные покрытия режущей поверхности. Наиболее распространенными являются покрытия карбидом и нитридом титана; для увеличения отвода тепла из зоны резания применяют хромирование поверхности и ионную имплантацию меди алюминия в режущую поверхность инструмента.
Для снижения силы резания и износостойкости инструмента при обработке неметаллов используют инструмент с задним углом, величина которого ограничивала бы поверхность контакта задней поверхности инструмента с поверхностью заготовки. При увеличении заднего угла инструмента необходимо, чтобы режущий клин не потерял своей прочности. Увеличение заднего угла рекомендуется использовать при сверлении материалов, обладающих высокими упругими свойствами и способными восстанавливать свои размеры после снятия нагрузки.
Процесс механической обработки отверстий в заготовках из композиционного углепластика в настоящее время практически не изучен. Применительно к современному авиа- и судостроению известны некоторые работы, в которых рассмотрены частные вопросы механической обработки композиционных материалов.
Выполненный анализ литературных источников по обработке отверстий в неметаллах позволил оценить область изучения основных процессов, происходящие при разрушении резанием, и обозначить основные пути повышения эффективности обработки композиционных углепластиков. Анализ работ показал, что повысить эффективность механической обработки КУ невозможно без дифференцированного учёта физико-механических свойств КУ.
Основная цель исследования заключается в повышение эффективности обработки отверстий в заготовках из композиционного углепластика спиральными сверлами, на основе моделирования процесса резания с дифференцированным учетом их физико-механических характеристик.
Для достижения поставленной цели возникла необходимость решить следующие частные задачи: 1. На базе накопленного опыта расчетно-экспериментальных исследований разработать информативно - содержательную модель процесса обработки отверстий в заготовках из композиционного углепластика в качестве основы для проведения комплекса исследований. 2. Разработать экспресс - методы, определения качества обработки отверстий, учитывающие, с необходимой полнотой, физико-механические процессы резания на основе имитационного моделирования упругопластическои задачи при контактном взаимодействии инструмента с заготовкой. 3. Разработать эффективные методики и предложить соответствующие средства производственного контроля качества обработанной поверхности композиционного углепластика. 4. Выполнить комплекс экспериментальных исследований с целью обоснования и достоверной оценки правильности предложенных в работе технических решений. 5. Разработать автоматизированную систему приспосабливаемости (адаптации) обработки к условиям производства с целью обеспечения рациональных режимов резания с дифференцированным учетом физико механических характеристик композиционных углепластиков.
Влияние физико-химических свойств композиционных углепластиков на процесс лезвийной обработки
На графиках наглядно видно, что в основном износ происходит по поверхностям наиболее подверженным упругому последействию материала. Наибольший износ инструмента наблюдается по ленточкам сверла. В ряде случаев сверло ломается, в связи с его заклиниванием в отверстии [15,16].
Низкая теплопроводность материала заготовки ведёт к концентрации тепла на поверхности заготовки и инструмента. Тепло, выделяемое в процессе резания, распределяется между элементами технологической системы согласно графику рис.2.8 [65]. При обработке стали большая часть тепла уносится стружкой в силу её большой теплопроводности, причем, чем больше скорость резания, тем большее количество тепла уходит в стружку. Из рисунка видно, что при обработке КУ происходит нагрев инструмента. Низкая теплопроводность обрабатываемого материала приводит к интенсивному повышению температуры инструмента и ее концентрации в поверхностном слое заготовки. Перегрев инструмента ведет к разупрочнению его режущей части и интенсивному изнашиванию. Повышенная температура в зоне резания может повлиять не только на материал режущего инструмента, но и на материал заготовки, в поверхностном слое заготовки могут происходить необратимые структурнее изменения, которые в свою очередь могут сказаться на эксплуатационных качествах изделия.
Распределение и отвод тепла при резании: а - углепластик; б - сталь 40Х: 1-стружка; 2-заготовка; 3-инструмент; 4-окружающая среда График зависимости температуры выделяемой в процессе резания от скорости резания для стали 40Х и реактопласты УГЭТ приведен на рис.
Высотная температура в зоне резания при обработке углепластиков при низкой скорости резания является следствием увеличения зоны контактного взаимодействия заготовки и инструмента, что приводит к увеличению силы трения. Увеличение силы трения связано с увеличением упругого последействия материала, так как при обработке на низкой скорости временному воздействию силы подвержен больший объем материала, в котором развиваются упругие деформации. Увеличение температуры в зоне резания снижаетеся с увеличением скорости резания по сравнению со сталью, это обусловлено снижением упругого последействия материала с увеличением скорости резания, так как зона упругого взаимодействия уменьшается.
Особые физико-химические свойства КУ существенно влияют на процесс лезвийной обработки, увеличивая износ инструмента, и значительно снижают качество обработанной поверхности. Можно выделить основные физические факторы воздействия это высокие удельно-прочностные свойства, низкая тепло- и электропроводность. К химическим факторам воздействия можно отнести высокую химическую активность веществ, образованных в процессе термической деструкции элементов композита.
Результаты влияния физических и химических процессов при резании на инструмент, его износ и разрушение показаны на рис.2.10. Из фотографий видно, что износу подвержены задние поверхности инструмента вследствие фрикционного, термического и химического воздействия. Физический фактор, это следствие упругого восстановления поверхности после прохождения режущей кромки инструмента, который приводит к увеличению силы терния задней поверхности инструмента о поверхность заготовки. Термические воздействие на инструмент приводит к появлению термических трещин и является следствием низкой теплопроводности обрабатываемого материала. Химический фактор проявляется при разложении матрицы и армирующего волокна в зоне резания и действии активных продуктов деструкции на поверхность инструмента. Данные активные вещества адсорбируются на поверхности инструмента и образуют нарост (см. рис.2.10).
Взаимодействие их с задней поверхностью инструмента образует прочное соединение. Удержание продуктов деструкции в зоне резание происходит за счет электростатических сил. Возникновению электрического заряда на инструменте и заготовки способствует процесс трения инструмента о полимерную матрицу, в силу низкой электропроводности заряд скапливается на поверхности заготовки. Увеличение объема нароста приводит к уменьшению заднего угла инструмента вплоть до отрицательных величин и повышению площади контакта, следовательно, происходит увеличение сил резания и температуры на задней поверхности инструмента. При достижении критического объема нароста происходит его отрыв с частью материала задней поверхности инструмента.
Влияние процесса наростообразования также происходит и при обработке заготовок быстрорежущими сверлами ( см. рис.2.11). Нарост на режущей поверхности инструмента, в частности спирального сверла из быстрорежущей стали, приводит к увеличению заднего угла, и как следствие увеличение пощади контакта между заготовкой и инструментом что приводит к увеличению тепла, выделяемому в процессе резания. Нарост на передней поверхности режущего инструмента снижает отвод тепла в окружающую среду. Количество тепла, выделяемого в зоне резания, резко увеличивается, что способствует появлению дефектного слоя на обработанной поверхности в виде прижогов, термических трещин и расслоений [16].
Высокая температура в зоне резания также влияет на материал заготовки. Основные дефекты поверхности, являются следствием: неправильно подобранных режимов механической обработки; схем лезвийной обработки; физико-химических особенностей КУ. К наиболее распространенным дефектам относятся: прижоги на поверхности; расслоения материала, вырыв материала и шаржирование материала инструмента в поверхность заготовки (рис. 2.12) [15, 16].
Реологическая модель разрушения композиционных углепластиков при резании лезвийным инструментом
Обработка композиционных углепластиков резанием, лезвийным инструментом, является в настоящее время наиболее распространенным методом окончательного формообразования поверхностей изделий. Устойчивость процесса резания, в широком диапазоне технологических режимов, определяет требуемое качество поверхностного слоя и точность изделий. Динамическая характеристика процесса резания, представляет собой зависимость изменения силы резания от вызвавшего это изменение относительного смещения забазированной заготовки и инструмента. Данный подход подробно рассмотрен в основополагающей работе В.А. Кудинова [60]. Дальнейшее развитие метод получил в моделях М.Е. Эльясберга, работах В.Л. Вейца и Д.В. Василькова, В.В. Максарова. В моделях, предложенных указанными авторами, вводится также динамическая характеристика процесса трения. Модель включает две подсистемы (заготовки и инструмента), связь между которыми осуществляется через процесс резания. При описании процесса трения, сопровождающего резание, впервые вводится дифференцированный учет характеристики трения на основе использования молекулярно-механического представления о контактном взаимодействии между режущим инструментом и стружкой в виде двухчленного закона трения.
Физические свойства деформируемого материала наглядно отображены в виде механического аналога - реологической элементной модели, представленного определенной совокупностью механических элементов: упругости, вязкости и пластичности. Каждый из них и их определенное сочетание характеризуют основные свойства материала и позволяют представить напряженно-деформированное состояние материала под действием внешних сил. В своей работе В.М. Петров [93] использовал реологические модели разрушения применительно к процессам резания композиционных углепластиков. При резании композиционных углепластиков, могут иметь место несколько видов деформации: упругая, высокоэластическая, пластическая, а также хрупкое разрушение. Упругие деформации присущи всем твердым телам, в том числе и композиционным углепластикам. Данный вид деформаций может преобладать на первом этапе процесса резания, при врезании J инструмента в заготовку, а также в зоне последействия, когда обрабатываемый материал восстанавливается после прохождения задней поверхности режущего инструмента. Многие реальные твердые тела, например резина, обладают повышенной эластичностью. Они характеризуются низким модулем упругости и сильно деформируются даже при незначительных нагрузках. Такая деформация называется высокоэластической, подобно упругой, она обратима. Данный тип деформации может присутствовать на первом этапе резания, однако он не является преобладающим.
В зоне резания также может присутствовать пластическая деформация, которая заключается в том, что под влиянием сил резания изменяется взаимное расположение частиц тела без нарушения их взаимной связи и без изменения энергии системы. Подобные превращения могут происходить с матрицей композиционного углепластика. Данная пластическая деформация необратима. На практике наблюдается одновременно различные виды деформаций, например, пластическая и упругая. Поскольку энергия системы в результате пластической деформации не изменяется, новое расположение частиц сохраняется после снятия напряжения, этим, в частности, объясняется упругое восстановление подмятого материала после прохождения режущей кромки инструмента,, сопровождающееся изменением размера после релаксации. Различные виды деформации могут перераспределяться при соответствующем повышении температуры и переходить одна в другую. Деформации, возникающие при силовом воздействии на заготовку, переходят в хрупкое разрушение, сопровождаемое отделением композиционного материала от заготовки. Разрушение сопровождается нарушением тканевой основы и обрывом волокон. Стабильность процесса перехода упругих и пластических деформаций в хрупкое разрушение сильно зависит от однородности композиционного материала, напрямую связанного с технологией получения исходной заготовки.
Для понимания реологических свойств композиционных материалов представляют их состоящими из отдельных механических элементов — моделей. Простейшими из них являются модель Гука (упругий элемент), модель Ньютона (вязкий элемент) и тело Сен-Венана. Вязкий элемент, характеризующий ньютоновские жидкости, представляет собой сосуд, заполненный вязкой жидкостью, в которой перемещается поршень (рис. 3.7, а). Сила Р вызывает в жидкости напряжение, которое заставляет жидкость деформироваться с постоянной скоростью сдвига. С увеличением силы Р пропорционально повышаются скорость подъема поршня, напряжение и скорость сдвига. При снятии силы Р поршень немедленно останавливается и не возвращается в начальное положение. Спиральная пружина (рис. 3.7,6) моделирует твердое упругое тело (тело Гука). Приложение силы Р вызывает мгновенное удлинение пружины, пропорциональное величине силы. При снятии напряжения пружина мгновенно возвращается к прежнему состоянию.
Тело Сен-Венана - элемент, лежащий на плоскости (рис. 3.7, в). Статический и кинематический коэффициенты трения тела о плоскость.равны. Тело не начинает двигаться, пока напряжение не превысит некоторой предельной величины, после чего оно может двигаться с произвольной скоростью. Все три модели - Ньютона, Гука и Сен-Венана — не обладают инерцией.
Измерительно - вычислительные комплексы контроля параметров качества обработанной поверхности и режущего инструмента
Данный прибор позволяет рассматривать объекты, как в отраженном свете, так и на просвет, а также проводить статистическую обработку данных. Комплекс состоит из микроскопа, электронно - измерительного блока, блока коррекции, блока настройки размеров, телевизионной камеры, видеомонитора, а также микропроцессорного контроллера и ПЭВМ. При анализе объектов исследования и их сопоставлении можно делать заключения о характере износа режущего инструмента, его величине, а также исследовать процессы разрушения КУ. На фотографии рис.4.7, полученной при помощи ИВК «Latimet Automatic», виден характер формирования трещины в процессе лезвийной обработки. 0 2 1.1 З
Для оценки микрогеометрии поверхности: шероховатости и волнистости использован ИВК «Профиль» [27, 28] (см. рис. 4.9), разработанный под руководством Д.В. Василькова, реализованный на базе стандартного профилографа - профилометра Калибр 201 [27, 28].
Комплекс включает следующие элементы: стандартный профилограф -профилометр, ПЭВМ, интерфейс связи профилографа с компьютером, пакет прикладных программ. Профилограф-профилометр реализует в комплексе только функции профилографа. Пакет прикладных программ полностью обеспечивает работу оператора при измерении и анализе микрогеометрии на ИВК «Профиль». Работа с профилографом осуществляется в режиме реального времени и включает следующие функции: калибровка, настройка, измерение. Калибровка осуществляется на тестовых образцах с микроканавками. Обработка результатов измерения включает следующие основные функции: уточнение срединной линии, фильтрация, определение параметров шероховатости, непараметрическая оценка профиля. Уточнение срединной линии осуществляется с целью исключения погрешности установки образца, на основе метода наименьших квадратов. Фильтрация профиля осуществляется с целью исключения погрешности установки и шума прибора, не связанного с микрогеометрией, а также отделения волнистости и шероховатости. Она выполняется путем прямого и обратного преобразования Фурье, данных измерений с корректировкой амплитудного спектра профилограммы [28].
Получение сертификата профиля осуществляется путем полного документирования результатов измерения микрогеометрии, с указанием всех параметрических характеристик ГОСТ 2789-73, а также показателей DIN 4776 -эксплуатационных характеристик поверхностей.
Рис. 4.9. Внешний вид ИВК «Профиль»
В настоящее время серийные приборы контроля микрогеометрии поверхности отечественного производства имеют весьма ограниченные функциональные возможности. Имеется возможность получить только параметры Rz, Ra и профилограмму, которая в производственных условиях расшифровывается крайне редко.
Учитывая тот факт, что ИВК «Профиль» создан на базе стандартного профилографа - профилометра Калибр - 201, который согласно данным паспорта и нормативно - технической документации предназначен для контроля металлов и их сплавов. Возможность контроля микрогеометрии поверхности не металлов, в нашем случае КУ, была подтверждена визуальным контролем поверхности на ИВК «Latimet - Automatic», после проведения измерения, которое заключалось в "ощупывании" поверхности заготовки из КУ алмазной иглой измерительного датчика ИВК «Профиль». На контролируемой поверхности не было обнаружено следа от иглы профилографа.
Для анализа процессов в зоне контакта резца и заготовки используем машину трения СМЦ-2 [119, 120] рис. 4.10. Данная машина трения используется для оценки износостойкости изделий в соответствие с ГОСТ 23.224-86. Измерительная система испытательной установки должна обеспечивать в процессе проведения испытаний, следующее:
1. Непрерывное измерение и регистрацию момента силы трения в диапазоне не менее 1... 14,7 Н-м, при среднем квадратичном отклонении случайной погрешности моментоизмерителя при статической градуировке не более 5% измеряемого значения.
2. Непрерывное измерение и регистрацию температуры в зоне трения в диапазоне не менее 20...200 С, с погрешностью не более 5% измеряемого значения.
Машина модели СМЦ-2 предназначена для испытания материалов на износ и определения их антифрикционных свойств, при трении скольжения и трении качения, при нормальных температурах с парами образцов диск-диск, диск-колодка и втулка-вал.
Система регистрации данных не позволяет производить запись больше одного параметра испытания. Запись данных производиться на бумажный носитель, что затрудняет её хранение и обработку. Для удобства регистрации и хранения данных был предложен цифровой способ обработки данных. Аналоговые данные, снимаемые с датчиков машины трения обрабатываются при помощи электронных устройств нормирования сигнала. Нормированный сигнал обрабатывается при помощи АЦП.
Контроль момента трения на машине осуществлялся с помощью датчика (рис. 4.11), обработка данных осуществляется с помощью шкафа управления и следящего устройства КСУ (рис. 1 б.) Технические характеристики триботехнического стенда:
Число оборотов вала нижнего образца, мин " Предел допускаемой погрешности числа оборотов вала нижнего образца от измеряемой величины, % Предел допускаемой: погрешности измерения суммарного числа оборотов нижнего образца по счетчику, об/мин Коэффициент проскальзывания круглых образцов с одинаковыми диаметрами, % Предел допускаемой погрешности коэффициента проскальзывания, % Максимальный момент трения, Н-м.
