Введение к работе
Актуальность. Б решении задачи повышения начества родукции большое значение имеют методы и средства контроля ічества и как составная их часть контроль поверхностных свойств элучасмых деталей, играющих существенную роль в обеспечении их іботоспособности.
Роль дефектов на поверхности (зародышевых трещин, дислокаций, к скоплений и т.п.), в значительной мере определяющих прочностные юйства материала под влиянием напряжений, изучена многими хледователями.
Отмечается, что умение рассчитывать и определять экспери-ентально неоднородности напряженно-деформированного состояния эверхностных слоев является весьма актуальной задачей. Неравномер-хть деформации и, соответственно, энергии, запасенной отдельными фнами, приводит к неравновесному состоянию поверхности трения, что сазывается на кинетике поверхностных процессов, например, на зкристализации.
Известен целый ряд методов и устройств контроля состояния поверх->сти и, в частности, устройств контроля неоднородностей поверхностях свойств. Выбор того или иного имеющегося метода всегда зависит от іраметров контролируемого объекта и условий его обследования. Ни шн из существующих методов не является достаточно быстрым , чнверсальным и не позволяет получать информацию о распределении їодиородностей свойств поверхности непосредственно в процессе ее 5работки.
Исследования контантных явлений, проведенные в Нижегородском юударетв*нном техническом университете на основе информации, элучаемой в результате измерения сигналов переменной составляющей фмо-ЭДС (Е) и виброакустической эмиссии (А), позволили сделать лвод, что в этих сигналах отражаются процессы, протекающие в зоне знтакта инструмент-деталь.
Развитие средств измерительной и вычислительной техники >зволяет создавать экспресс-методики и устройства для регистрации и >работаи в реальном масштабе времени сигналов Е и А, несущих ^формацию о контактных явлениях, с больших площадей исследуемых эверхностей и на основе анализа этих сигналов судить о распределении юднородностей поверхностных слоев непосредственно в процессе гханической обработки и на контрольных операциях в результате >ения индентора об исследуемую поверхность.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Установление закономерностей отражени неоднородностей свойств поверхности дет ли в сопряженных сигнала термо-ЭДС її виброакустнческой эмиссии, несущих информацию о тип контактного взаимодействия .
Снижение материальных и трудовых затрат, связанных получением деталей с заданными поверхностными свойствами. Создани методик экспрессных испытаний по оценке неоднородностей свойст поверхности с получением карты полей свойств.
Разработка структуры и обоснование технических требованы устройств контроля неоднородностей свойств поверхностей деталей процессе механической обработки и на контрольных операциях.
Исследование распределения полей свойств обрабатываемой повер? пости, на основе анализа информации о структуре поверхностного ело детали, производились с помощью разработанной автоматизирование системы ввода, анализа и обработки оптической информации. В соста системы входил микроскоп БМИ-1Ц, видеокамера, контроллер ввода Т\ изображения, крейт КАМАК и ЭВМ IBM PC - AT (рисі)
Методика исследований неоднородностей поверхностного слоя и макро- и мезо-структурных урошшх осуществлялась с помощью автом: тнзированных систем регистрации и анализа сигналов Е и (рис.2,рис.З), включающих в себя: токарный станок модели 16К20, осне щенг.ый приводом плавного регулировании скорости главного движенш ЭВМ СМ 1420, блоки третьоктавных селективных фильтров, креіі КАМАК, оснащенный АЦП Ф4225 и МЗУ (64 кслова). Данный тип АЦІ позволяет регистрировать сигналы с частотой дискретизации до 20 МГі Измерение сигналов осуществлялось в диапазоне частот от 1 до 300 кГі Методика включает в себя математический аппарат спектрального корреляционного анализа двумерных характеристик случайных процес сов, цифровую фильтрацию, а ташке алгоритмы и программы теори распознавания образов.
В исследованиях применялись резцы с механическим крепление режущих пластинок и ипденторы из твердого сплава ВК8, Т5К10 быстрорежущей стали Р6М5. В качестве обрабатываемых материале применялись стали 3, 20, 40Х, 20X13, 9ХС, алюминий АЛ-2, медь М л титановый сплав ВТ-14.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Показано, что в спектрально сост&че сопряженных сигналов термо-ЭДС и спброацусті:ческой змін сни, получе-аіьіх с фиксированных участков исследуемой поверхности опршкакяся физиио-механичесине ссойстга этих участков. 4
Установлено, что неоднородности свойств поверхности, полученные в результате анализа Е и А сигналов, имеют свой определенный тип контактного взаимодействия, который монет 5ыть выражен в виде многомерной оценки.
Сформулированы принципы построения методик для контроля неод-нородностей свойств поверхности на макро- и мезо-структурных уровнях как непосредственно в процессе получения детали, так и на контрольных операциях при трении индентором о контролируемую поверхность.
Предложена термодинамическая модель контактного взаимодействия, имитирующая процесс генерации и распространения сигналов Е и А на основе процессов, происходящих при деформации, упрочнении и распространении тепловых потоков, и учитывающая нелинейные зависимости теплофизических свойств инструментального и обрабатываемого материалов от температуры, деформации и скорости деформации, возникающих в результате нонтакта инструмента и заготовки.
Практическаяполезность.
Разработаны методики измерения сопряженных сигналов термо-ЭДС и виброакустической эмиссии, снятых с площадей анализируемой поверхности, с точной привязкой к месту их генерации, а ташке обработки- и анализа полученных сигналов контактного взаимодействия на макро- и мезо-структурных уровнях, позволяющих выделить информацию о распределении.неоднородностей фнзико-механическнх свойств и строить карту полей свойств исследуемых поверхностей.
Разработаны алгоритмы, матема -лесное обеспечение и структура устройств оцени" неоднородностей свойстп поверхностей непосредственно в процессе обработки резанием и п результате экспресс-испытаний на контрольных операциях.
Разработан комплекс аппаратного и универсального математического обеспечения для проведения исследований на базе ЭВМ IBM PC AT, CM 1420, крейта KAMAK, позволяющего автоматизировать сбор, обработку и вывод результатов.
Реализация работы.
Методики регистрации и анализа сопряженных сигналов контакт- .
ного взаимодействия на макро- и мезо-структурных уровнях применены
при разработке автоматизированной универсальной экспрессеистемы
оценки неоднородностей свойств fioocpxHOCTH непосредственно в процес
се обработки резанием и из контрольных операциях. Работа выполня
лась в рамках прогрз-мы НКП-2000 и планируется к внедрению на
ПО ГИДРОМАШ Г.Н.Новгород. 5
Апробация работы.
Основные полонення диссертации доложены и обсуждены на :
Зональной научно-технической коїгференции "Математическое обеспече ние и автоматическое управление высокопроизводительными процессам! механиче чой и физико-химической обработки изделий машиностроения" Андропов, 1988 г.; Всесоюзной научно - технической конференции "Итоги проблемы и перспективы комплексно-автоматизированных производств і машиностроении и приборостроении", Горький, 1990г.; Зональной научно технической конференции "Физическая оптимизация, управление и контролі процессов обработки резанием", Уфа, 1991г.; Второй Всесоюзной иаучно-тех нической конференции "Ресурсе- энергосберегающие и наукоемкие техно логии в машино- и приборостроении", Москва, 1991 г.; Научно-техническоі конференции "Автоматизация технологической подготовки механообработкі деталей на станках с ЧПУ", Ленинград, 1991 г.; V-ой научно-техническоі конференции "Триботехника - машиностроению", Москва, 1991 г.; Региональ ной научно-технической конференции "Прогрессивная технология и инстру мент изготовления деталей машин", НЛовгород, 1991 г.; Научно-техническоі конференции "Прогрессивные методы и средства обеспечения качества изго товления деталей машин", НЛІовгород, 1992 г.; lV-ой научно-техническоі конференции" Динамика станочных систем гибких автоматизированных произ водств" , Н.Новгород, 1992 г.; VIII-ой конференции "Теплофизика технологи ческих процессов", Рыбинск, 1992 г.; Международной научію-техническоі конференции "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов устройств и систем", Пенза, 1993г.;,Российской научно-технической конферен ции "Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении" Рыбинск, 1994 г.; Европейской конференции "Study of metal cutting ant forming processes", Eurometalworkiiig 94, Udine, Italy, 1994 r.
В целом диссертационная работа обсуждена на расширенном заседа нии кафедр "Технология машиностроения", "Автоматизация машино строения" и "Металлорежущие станин и инструменты" в мае 1994- г.
Публикации. Методические разработки и материаль исследований, изложенные в диссертации, опублнкосаны в 20 печатньп работах.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит и: введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, содержит /34 с машинописного текста, имеет приложение на /Л5~ листах < иллюстрациями, таблицами .
