Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ путей повышения эффективности процесса ультразвуковой обработки изделий из материалов высокой твердости 9
1.1. Особенности ультразвуковой обработки и ее технологические возможности 9
1.2. Обзор методов контроля и диагностики технологических процессов 19
1.2.1. Традиционные методы контроля и диагностики 20
1.2.2. Диагностика механической обработки резанием методом акустической эмиссии 22
1.2.3. Эмиссионная диагностика физико-технических методов обработки 25
1.3. Основные методы технического и диагностического обеспечения ультразвуковой обработки. Постановка задачи исследования 27
1.3.1. Развитие средств технологического оснащения 27
1.3.2. Диагностическое обеспечение ультразвуковой обработки 29
1.3.3- Анализ энергетических превращений при механической и ультразвуковой обработке. Цель и задачи исследования 33
ГЛАВА 2. Методики проведения экспериментальных исследований и экспертного оценивания 36
2.1. Общий методический план выполнения исследований 36
2.2. Измерительная аппаратура и способы регистрации информативных параметров волн упругих деформаций 39
2.3. Применяемые абразивные и обрабатываемые материалы, условия проведения экспериментальных исследований 44
2.4. Особенности применения метода экспертного оценивания 47
ГЛАВА 3. Теоретический анализ зависимости параметров акустической эмиссии от режимов ультразвуковой обработки 52
3.1. Анализ высокочастотных динамических процессов при ультразвуковой обработке 52
3.1.1. Построение реологических моделей взаимодействия инструмента и заготовки 52
3.1.2. Динамика взаимодействия инструмента и заготовки с учетом изменения параметров акустической эмиссии 58
3.2. Моделирование ударных процессов в зоне формообразования при ультразвуковой обработке 61
3.2.1. Построение модели разрушения обрабатываемого материала с учетом действия волн акустической эмиссии 61
3.2.2. Критерии определения рациональных режимов ультразвуковой обработки 69
3.3. Конечно-элементный анализ распространения волн акустической эмиссии 71
3.3.1. Расчетные схемы и основные уравнения 71
3.3.2. Основные положения методов конечных элементов и конечных разностей 76
3.3.3. Анализ результатов численного моделирования 84
ГЛАВА 4. Экспериментальное изучение ультразвуковой обработки и. методика определения ее рациональных режимов методом акустической эмиссии 90
4.1. Экспериментальные исследование ультразвуковой обработки 90
4.1.1. Источники акустической эмиссии и оценка их информативности 90
4.1.2. Зависимость параметров акустической эмиссии от режимов обработки 95
4.1.3. Связь технологических режимов с сигналами акустической эмиссии и производительностью ультразвуковой обработки 100
4.2. Методика экспресс-определения рациональных режимов ультразвуковой обработки и ее апробация 105
4.2.1. Методика определения рациональных режимов формообразования 105
4.2.2. Результаты апробации методики при ультразвуковой обработке алмазных фильер 111
4.2.3. Рекомендации по использованию результатов работы на производстве 117
Общие выводы и результаты работы 119
Литературные источники 122
Приложение
- Обзор методов контроля и диагностики технологических процессов
- Применяемые абразивные и обрабатываемые материалы, условия проведения экспериментальных исследований
- Конечно-элементный анализ распространения волн акустической эмиссии
- Методика экспресс-определения рациональных режимов ультразвуковой обработки и ее апробация
Введение к работе
Современное производство в ведущих отраслях промышленности: аэрокосмической, оборонной, электронной, станкоинструментальной - связано с широким применением высоко- и сверхтвердых материалов (ВСМ), например, твердых сплавов, моно- и поликристаллов искусственных и природных алмазов, конструкционной керамики и др. Формообразование сложнопрофильных деталей из указанных материалов традиционными способами затруднительно и / или характеризуется низкой производительностью и качеством. Одним из эффективных способов изготовления деталей из ВСМ является их ультразвуковая абразивная обработка (УЗО), которая применяется, например, в кабельной промышленности при формировании рабочих поверхностей алмазных фильер. В свою очередь, качество процесса УЗО зависит от ряда физико-технологических факторов, влияние которых на выходные параметры обработки в каждом конкретном случае неоднозначно. Поэтому актуальна разработка универсальных методов определения рациональных технологических режимов УЗО для изготовления деталей в конкретных условиях производства, пригодных как на стадии технологической подготовки производства, так и для контроля и диагностики процесса УЗО в целом.
Традиционные методы определения рациональных режимов формообразования, известные в технологии механической обработки материалов, основаны на проведении лабораторных исследований, в ходе которых измеряются износ инструмента, усадка стружки, термосиловые характеристики резания и т. п. Однако, применительно к УЗО деталей из ВСМ подобные способы определения рациональных технологических режимов малоэффективны и связаны с большими временными и материальными затратами на проведение испытаний. Одним из путей снижения этих затрат является создание ускоренных методик оптимизации технологических режимов и условий УЗО, основанных на применении более современных методов технологической диагностики, например, ме-
тода акустической эмиссии (АЭ). Метод АЭ основан на анализе волн упругих деформаций, генерируемых в зоне обработки в результате протекания процессов разрушения, пластического деформирования и трения.
Применительно к контролю и диагностике процессов резания было показано, что сигналы АЭ несут однозначную информацию об изменении режимов обработки, обрабатываемости материалов, применяемых смазочно-охлаждающих технологических средах и т. д. Это явилось основой для создания соответствующего информационно-диагностического обеспечения операционных технологий механической обработки методом АЭ.
Однако, отсутствие теоретических и экспериментальных данных об информативности источников АЭ при УЗО, зависимостей параметров АЭ от технологических факторов, а также критериев определения рациональных режимов данного способа формообразования, не позволяют использовать имеющиеся разработки для эмиссионно-диагностического обеспечения УЗО. Поэтому создание методики ускоренного определения рациональных режимов УЗО на базе анализа параметров АЭ является актуальной задачей, имеющей научное и практическое значение.
Поэтому целью работы является сокращение материальных и временных затрат, связанных с определением рациональных динамических условий взаимодействия инструмента и заготовки и, как следствие, режимов ультразвуковой обработки на этапе технологической подготовки производства (ТПП), путем анализа сигналов АЭ из зоны формообразования.
Для достижения поставленной цели в работе разработана инженерная методика экспресс-определения рациональных режимов УЗО. Методика основана на кратковременной регистрации и последующей обработке сигналов АЭ из зоны взаимодействия инструмента и заготовки при различных условиях. Выбор рационального режима происходит по соответствующему акусто-эмиссионному критерию, максимальному значению которого соответствует максимальная производительность УЗО. Это исключает проведение длитель-
ных и материалоемких прямых экспериментов по определению рациональных условий УЗО и сокращает этап ТПП УЗО.
Элементами научной новизны обладают следующие положения работы: S Путем математического моделирования показано, что величина ударного импульса воздействия инструмента на заготовку от одного из важнейших режимов УЗО - силы статического прижима инструмента к заготовке -имеет экстремальный (max) характер. S Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что изменение производительности УЗО и информативных параметров АЭ имеют идентичный характер. На основании этого предложен акусто-эмиссионный критерий определения рационального значения силы прижима инструмента к заготовке по параметрам АЭ, обеспечивающего максимальную производительность УЗО. Практическая ценность работы заключается в разработке инженерной методики экспресс-определения рациональных режимов УЗО. Методика основана на кратковременной регистрации и последующей обработке сигналов АЭ из зоны взаимодействия инструмента и заготовки при различных условиях. Выбор рационального режима происходит по соответствующему акусто-эмиссионному критерию, максимальному значению которого соответствует максимальная производительность УЗО. Это исключает проведение длительных и материалоемких прямых экспериментов по определению рациональных условий УЗО и сокращает этап ТПП УЗО. Практическая ценность разработанной методики подтверждается актом производственных испытаний, проведенных на московском предприятии по изготовлению алмазных фильер ЗАО «ЕВ-РОВОЛ».
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в б печатных работах, докладывались на 3 научно-технических конференциях: XVI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Москва, 2002 г.), XXIX Гагаринские чтения (Москва, 2003 г.), Меж-
дународная конференция «Образование через науку» (Москва, 2005 г.). Исследования проводились при финансовой поддержке гранта Министерства образования и науки Российской Федерации (шифр АОЗ-3.18-84). Выполнен отчет по научно-исследовательской работе «Обеспечение качества изготовления изделий из труднообрабатываемых материалов методами эмиссионной технологической диагностики» № ГР 01200409789, инв. № 02200405600 (рук. НИР д. т. н., проф. А. А. Барзов, отв. исп. Гуревский А. В.) На защиту выносятся следующие научно-практические положения:
Результаты физического и математического моделирования процесса динамического взаимодействия инструмента и заготовки при УЗО, показывающие, что производительность УЗО и параметры АЭ имеют идентичный (max) характер при изменении силы статического прижима инструмента к заготовке.
Эмиссионно-технологический критерий определения рационального значения силы статического прижима, связывающий информативные параметры АЭ с производительностью УЗО.
Результаты экспериментального изучения УЗО методом АЭ, подтверждающие возможность диагностики и контроля данного способа формооб-разования.
Методика определения рациональных режимов УЗО методом АЭ, позволяющая ускоренно определять значение силы статического прижима инструмента к заготовке на базе анализа параметров АЭ.
Обзор методов контроля и диагностики технологических процессов
Существующие методы определения рациональных режимов различных технологических процессов условно можно разделить на две группы. К первой группе относятся традиционные методы, основанные на регистрации выходных параметров обработки в зависимости от конкретных производственных условий. Эти методы включают в себя непосредственно прямой эксперимент или моделирование. Во вторую группу входят методы, предусматривающие косвенный контроль выходных параметров с помощью других информативных физико-технологических характеристик. Подобные методы позволяют сочетать углубленный анализ протекающих процессов с экспрессностью оценок.
Рассмотрим возможности этих методов применительно к ультразвуковому способу формообразования. Использование в традиционных методах графов связей [48], теории планирования эксперимента [83], рекуррентных зависимостей [67] варьирования параметров состояния деталей на различных стадиях их изготовления и эксплуатации позволяет весьма точно установить значения тех или иных условий обработки и функционирования изделий, провести многофакторный анализ. Однако,- проведение большого объема экспериментальных исследований, их высокая трудоемкость и дороговизна ограничивают использование подобных способов рамками исследовательских работ и затрудняют их применение в методиках оперативной технологической подготовки производства.
В связи с этим необходимо более подробно рассмотреть методы, которые основаны на анализе физических параметров, характеризующих изменение энергии процессов формообразования. Использование этих методов возможно при разработке методик повышения эффективности технологических процессов.
Методы, основанные на измерении сило-моментных характеристик, применяются при контроле износа инструмента [78, 64], контроле состояния и выборе режимов пар трения [97, 2]. Эти методы основаны на взаимосвязи параметров нагрузки трибо сопряжений с процессами контактного взаимодействия поверхностей элементов трибосопряжений. Подобные способы могут включать измерение как средних величин сил и моментов, возникающих при резании, деформировании и эксплуатации, так и определение сложных вероятностных характеристик указанных параметров. Практические трудности, возникающие при использовании данных методов в процессе УЗО, связаны со множественностью причинами изменения регистрируемых параметров.
Другим методом исследования формообразования изделий является анализ стружки или продуктов износа. По характеру стружки и ее цвету судят о напряженно-деформированном и температурном состоянии в зоне обработки, что позволяет осуществить оптимизацию ее режимов [44, 65] с точки зрения . Количественная и качественная оценка массового, химического и спектрального состава продуктов микроразрушений используется для изучения процессов, возникающих на рабочих поверхностях деталей и при эксплуатации [8]. Однако указанные методы инерционны и требуют сложной аппаратуры. Из-за недостатков, присущих традиционным методам исследования, в производственных условиях редко применимы. С точки зрения использования этой группы методов при УЗО также наблюдается целый ряд указанных выше трудностей.
Экспресс-оценка технологических режимов формообразования изделий может быть осуществлена путем измерения электрических величин [18]. В [19] приведен способ определения амплитуды колебаний инструмента при УЗО, согласно которому, через зону динамического взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью пропускается постоянный электрический ток, а по длительности нарушения электрического контакта определяется амплитуда колебаний инструмента. Применение подобных методов диагностики ограничено, по-видимому, тем, что изменение электрических параметров может быть вызвано многими причинами. В частности, при УЗО нарушение электрического контакта между торцом инструмента и обрабатываемой поверхностью не озна-чает разрыва электрических связей между боковыми поверхностями инструмента и обрабатываемого отверстия. Кроме того, не все материалы, подвергаемые УЗО, являются токопроводящими.
Для контроля и диагностики технологических процессов лезвийной обработки применяется также метод, основанный на измерении вибраций технологической системы. Вибрационные параметры имеют широкий частотный диапазон, быстро, практически мгновенно реагируют на изменение состояния исследуемого объекта [99, 1]. Однако, виброанализ, по-видимому, не относится к тонкому инструменту исследования физических процессов формообразования и эксплуатации, поскольку вибросигналы чувствительны к процессам в основном в макромасшгабе. Применительно к контролю и диагностике УЗО виброметрия также не применима, поскольку сам характер воздействия инструмента на заготовку является волновым.
При решении задач повышения качества изготовления и условий эксплуатации изделий могут использоваться термографический и термометрический анализ, поскольку тепловые поля пар трения отличаются большой информативностью [99, 56]. Однако возможная высокая эффективность данных методов связана с применением дорогостоящих оптоволоконных, телекоммуникационных и информационных технологий. Существенным недостатком данных методов представляется большая инерционность температуры, являющейся общей энергетической оценкой, что не позволяет использовать ее для изучения быстропротекающих процессов.
Применение шумовых методов контроля состояния поверхностных слоев материала деталей известно в основном из станко- и двигателестроения [99, 7]. Они предусматривают измерение акустического шума, сопровождающего процессы контактного взаимодействия, макро- и микроразрушений нагруженных объектов. Недостатком этих методов является необходимость создания акустически заданных условий для измерений, а также проблема их помехозащищенности в производственных условиях.
Таким образом, использование многообразия традиционных методов контроля и диагностики технологических процессов формообразования изделий в большинстве случаев ограниченно, что приводит к разработке принципиально новых методов и средств повышения эффективности методов изготовления изделий.
Применяемые абразивные и обрабатываемые материалы, условия проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования процесса УЗО обработки состояли из нескольких разделов.
Первый раздел экспериментов был направлен на определение чувствительности параметров сигнала АЭ, выявление источников АЭ при УЗО.
При проведении экспериментов по определению чувствительности АЭ были выбраны следующие условия и режимы УЗО: мощность U = 75 Вт, давление прижима рабочего стола с заготовкой к инструменту Рст - 0.06 бар, абразив - алмазный порошок № 10, инструмент - игла диаметром 2 мм с углом заточки 20, обрабатываемый материал - искусственный монокристалл алмаза «Компакт». Суть эксперимента заключалась в том, что сигнал АЭ измерялся при двух различных взаимных положениях инструмента и заготовки. В первом случае между инструментом и заготовкой оставался зазор около 2 мм. Во втором инструмент и заготовка контактировали между собой. Эксперимент должен был дать ответ на вопрос, является ли сигнал АЭ, регистрируемый аппаратурой, результатом контактного взаимодействия инструмента и заготовки в зоне формообразования.
С целью определения основных источников АЭ были проведены три серии экспериментов, методика которых была выбрана таким образом, чтобы в каждом последующем эксперименте один потенциальный источник АЭ исключался, либо был единственным.
При проведении этих экспериментов производилась обработка алмазных фильер с использованием абразива - алмазного порошка, средний размер которого 10 мкм. В ходе первой серии экспериментов ультразвуковой генератор был выключен, осуществлялось лишь вращение иглы-инструмента при заданной статической нагрузке с записью сигнала АЭ. Разрушение обрабатываемого материала осуществлялось за счет абразивного износа. При выполнении второй серии экспериментов выключенным, наоборот, оставался привод вращения инструмента, что обеспечивало лишь ударное взаимодействие инструмента на абразивные зерна и далее на обрабатываемую заготовку. В ходе третьей серии экспериментов осуществляли периодическое ударное воздействие инструмента на обрабатываемую поверхность с одновременным вращением инструмента относительно заготовки. Технологические режимы и геометрия инструмента оставались такими же, как и в опытах по определению чувствительности АЭ при УЗО.
Для оценки амплитудно-частотного распределения сигналов АЭ при проведении указанных экспериментов регистрацию сигнала производили при различных верхних частотах блка фильтров при постоянной нижней частоте.
По окончании описанных экспериментов были сделаны практические выводы относительно чувствительности АЭ ее источников при УЗО, что позволило перейти исследованиям взаимосвязи технологических режимов УЗО с параметрами АЭ.
Следующий раздел экспериментальных исследований был направлен на изучение связи технологических режимов УЗО, а именно мощности ультразвукового излучения, длины инструмента и статическим давлением прижима, и параметров сигнала АЭ. Опыты выполнялись при следующих условиях: диаметры инструмента 2 и 4 мм, углы заточки 25 и 60, полосы пропускания блока фильтров ДГ = 100-250 кГц и ДГ — 60 — 100 кГц, абразив - алмазный порошок № 5 и № 10, обрабатываемый материал - «Компакт».
Первая серия экспериментов этого раздела была направлена на изучение связи мощности ультразвуковых колебаний и параметров АЭ. В этой серии опытов обработка выполнялась при значениях мощности ультразвукового излучения 50, 68, 15, 82 и 100 Вт. Длина инструмента составляла 36 мм, а статическое давление прижима 0.05 и 0.06 бар.
Вторая серия экспериментов была посвящена изучению зависимости параметров АЭ от длины инструмента. Мощность ультразвука составляла 80 Вт, статическое давление прижима 0.05 и 0.06 бар. Обработка проводилась при фиксированных значения длины инструмента - 26.0, 30.0, 34.0 и 38.0 мм.
Третья серия исследований заключалась в изменении давления прижима инструмента: 0.035, 0.038, 0.040, 0.045, 0.05, 0.06 и 0.07 бар, при этом мощность ультразвука 80 Вт, а длина инструмента 36.0 мм.
Под методами экспертного оценивания (МЭО) следует понимать комплекс логических и математико-статистических процедур, направленных на получение от специалистов (экспертов) информации в качественном или количественном виде, ее анализ и обобщение с целью подготовки и выбора рациональных решений. МЭО применяются в таких ситуациях, когда выбор, обоснование и оценка последствий решений не могут быть выполнены на основании точных расчетов. Подобные ситуации возникают зачастую при решении проблем, связанных с управлением производством, а также при долгосрочном планировании развития науки, техники и экономики.
Поэтому в настоящей работе с целью разработки принципов технологической диагностики УЗО изделий из труднообрабатываемых материалов была разработана анкета по оценке изученности и перспектив применения различных методов технологической диагностики (Приложение В).
Обработка мнений экспертов проводилась по методу анализа иерархий. Суть метода состоит в декомпозиции проблемы на более простые составляющие части и дальнейшей обработке последовательности суждений эксперта, принимающего решение, по парным сравнениям. В результате численно выражается относительная степень взаимодействия элементов в иерархии.
Иерархия строилась следующим образом (рис. 2.6): на верхнем уровне иерархической структуры - цель анкетирования - «разработка принципов технологической диагностики УЗО», на следующем уровне критерии оценок — «Изученность» и «Перспективы» применения различных методов диагностики УЗО - альтернатив, расположенных на следующем уровне. В качестве групповой оценки каждой альтернативы по каждому критерию использовалась среднеарифметическое оценок, полученных от экспертов (таб. 2.2) в соответствии с правилами оценки анормальности результатов наблюдений (ГОСТ 11.002 - 73).
Конечно-элементный анализ распространения волн акустической эмиссии
Инструмент 1 (стержень конической формы) нижним торцом упирается в заготовку 2, верхний торец совершает гармонические колебания. Взаимодействие между инструментом и заготовкой происходит через абразивную частицу 3. Диаметр верхнего торца инструмента Д, нижнего торца D2 (рис. 3.10).
В качестве модели инструмента используется упругий стержень переменного сечения, моделью заготовки выбирается пластина, нагруженная силами в своей плоскости. Предполагается, что зерно абразива имеет форму шара и является абсолютно твердым. Взаимодействие инструмент - зерно абразива - заготовка описывается нелинейно-упругой моделью Герца. Основные допущения:1. Материалы инструмента и заготовки однородны, изотропны и удовлетворяют закону Гука.2. Деформации считаются малыми.3. Поперечные размеры инструмента малы по сравнению с его длиной.4. Напряженное состояние в стержне является одноосным.5. Внутреннее неупругое сопротивление в материале стержня и вязкое внешнее сопротивление не учитываются.6. По толщине заготовки напряжения распределены равномерно.7. Все напряжения, вектора которых перпендикулярны плоскости заготовки, равны нулю.
При таких допущениях уравнение движения сечений стержня имеет видгде Е - модуль Юнга, F(Z) - площадь поперечного сечения инструмента с координатой z, р - плотность материала инструмента, w - перемещение поперечного сечения инструмента с координатой z, t - время [26].
При принятых допущениях закон движения сечений заготовки описывается следующими уравнениями
Рисунок ЗЛО. Схемы для расчета напряженно-деформирован ного состояния элементов технологической системы в процессе ультразвуковой обработки, а) основная схема, б), в) расчетные схемы для инструмента и заготовки соответственно. где Е - модуль Юнга, її - коэффициент Пуассона, р - плотность материала заготовки, и, v — перемещение поперечного сечения заготовки вдоль осей х,у соответственно, t - время.
Подобные уравнения описывают целый класс задач, для выделения из этого класса необходимой задачи эти уравнения должны быть дополнены граничными и начальными условиями. Верхний торец инструмента совершает гармонические колебания с амплитудой %т и частотой /
Нижний торец стержня взаимодействует с частицей абразива (контакт Герца)Верхняя граница заготовки взаимодействует с частицей абразива (контакт Герца)Здесь н(л) - функция Хевисайда (равна нулю при Л 0; равна единице при Л 0), S{y) - дельта-функция Дирака.
Выражения (3.27) - (3.35) являются математической моделью движения инструмента и заготовки при УЗО. Полученные уравнения образуют систему уравнений в частных производных с переменными коэффициентами и нелинейными граничными условиями. Аналитическое решение данных уравнений затруднительно, , поэтому следует прибегнуть к численным методам решения поставленной задачи - методу конечных элементов (МКЭ) и методу конечных разностей (МКР).
Метод конечных элементов основан на представлении конструкции в виде дискретной модели. К МКЭ относится метод перемещений, метод сил и смешанный.
В практических расчетах наибольшее распространение получил метод перемещений. Особенность его состоит в том, что основными неизвестными при решении задач считаются компоненты перемещений, через которые выражаются напряжения и деформации.
Суть метода состоит в том, что конструкция, представляющая собой непрерывное деформируемое твердое тело иногда сложной формы, рассматривается в виде некоторого числа блоков-элементов конечных размеров (конечных элементов). В качестве конечных элементов могут рассматриваться прямолинейные и криволинейные стержни, балки, плоские пластины, различной конфигурации, оболочки, массивные трехмерные тела. Предполагается, что одинаковые или разные по форме и размерам элементы связаны между собой в точках, расположенных на их границах и называемых узловыми точками.
Поле перемещений в каждом элементе представляется через систему аппроксимирующих функций, выраженных через перемещения в узловых точках. Эти перемещения являются основными неизвестными при решении задач. Деформации и напряжения в элементе могут быть представлены через перемещения, если аппроксимирующие функции подставить в геометрические соотношения, а их, в свою очередь, в зависимости, определяющие свойства материала.
Поведение того или иного элемента при деформировании описывается уравнениями, связывающими перемещения и силы в узловых точках, которые могут быть построены из условий равновесия.Рассмотрим основные соотношения метода конечных элементов. Воспользуемся формулировкой принципа возможных перемещений. В матричной
Методика экспресс-определения рациональных режимов ультразвуковой обработки и ее апробация
На основании обзора отечественных и зарубежных литературных источников, посвященных применению метода АЭ для целей диагностики и оптимизации технологических процессов механической обработки, а также теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в настоящей работе, была разработана методика выбора рациональных технологических режимов, заключающаяся в анализе зависимостей параметров волновых процессов в зоне формообразования от статического усилия прижима технологических условиях УЗО.
Областью применения настоящей методики является технологическая подготовка производства операций УЗО. В измененном виде методика может быть непосредственно использована в ходе самой операции для автоматического оборудования с целью диагностики и активного контроля указанной процесса обработки.
Повышение эффективности операции УЗО достигается за счет сокращения времени определения рациональных технологических режимов. Согласно проведенным исследованиям отмеченное сокращение времени может составлять до 30 - 40 минут. Кроме того, ускоренное определение рациональных технологических режимов УЗО позволяет существенно сократить экономические затраты, поскольку уменьшается количество дорогостоящих труднообрабатываемых материалов.
Научно-практической основой достижения отмеченного технического результата является чувствительность сигналов АЭ к процессам взаимодействия инструмента, зерен абразива и заготовки при изменении основных технологических режимов и условий УЗО, определяющих ее производительность.
Методика состоит из трех разделов: подготовка к проведению экспериментов, проведение экспериментов и анализ результатов. Последовательность действий при реализации настоящей методики приведена на рис. 4.11.
Подготовка к проведению экспериментов. Методика может быть реализована на установке, предназначенной для ультразвуковой размерной обработки деталей. Методика может быть реализована непосредственно в ходе обработки материала при определении ее рациональных технологических режимов и условий. Испытательное и штатное оборудование должно обеспечивать стабильность и идентичность УЗО при проведении испытаний и при обработке реальных изделий.
Для регистрации параметров АЭ, возникающей в ходе УЗО, может быть использована аппаратура типа АВН-1М, АФ-11, Экспресс-Д-02. Параметры сигнала АЭ, могут быть записаны самопишущим прибором типа Н338-6П либо с применением аналогово-цифровых преобразователей и ЭВМ. Анализ сигналов может производиться с помощью ЭВМ, для чего аппаратура регистрации АЭ должна обеспечивать их запись на внутренний или внешний носитель информации, или вручную.
Форма образцов деталей определяется возможностями испытательной установки. В качестве образцов могут быть использованы штатные детали.
Проведение экспериментов. Подготовленные образцы закрепляют в испытательной оснастке, так, чтобы силы трения, возникающие между образцом, оснасткой, и рабочим столом не позволяли проворачиваться образцу относительно оснастки, а последней относительно рабочего стола при проведении опытов. Первичный пьезопреобразова-тель АЭ устанавливают на рабочий стол и надежно закрепляют прижимными винтами. На поверхность первичного пьезопреобразователя и рабочего стола в месте контакта предварительно наносят слой консистентной смазки (например ЦИАТИМ, ГОСТ 9433-60). Крепление пьезодатчика должно исключать возможность вибраций его относительно поверхности прилегания рабочего стола.
При холостом включении испытательного оборудования для отстройки от акустических, электромагнитных и прочих наводок устанавливают наименьший порог дискриминации, а также назначают частотный диапазон измерения.
Устанавливают инструмент в держатель, закрепляют и затачивают требуемый технологическим процессом угол инструмента на специальном приспособлении. Образец, закрепленный в специальной оснастке, помещают в стакан, заполненный абразивной суспензией, либо применяют иной способ подвода в зону формообразования абразивной суспензии. Размещают стакан с образцом в приспособлении на рабочем столе. Для улучшения акустического контакта соприкасающихся поверхностей рабочий стол смачивают водой.
Согласно карте технологического процесса УЗО устанавливают начальные значения технологических режимов (мощности ультразвука, марки абразива и т. д.). Затем осуществляется 2-3 кратковременных пробных рабочих режимов обработки, в ходе которых назначают необходимые коэффициенты усиления применяемой аппаратуры и другие параметры для записи сигнала. При этом добиваются того, чтобы максимальный уровень сигналов АЭ, при изменении значений регулируемого технологического параметра от минимального до максимального значений, умещался в диапазоны входных и выходных сигналов измерительной аппаратуры.
Осуществляют обработку образца согласно технологического процесса. В процессе обработки изменяют ступенчато величину определяемого технологического режима С с заранее определенным шагом АС. Перестройку на следующее значение технологического режима производят через 5-10 секунд. Параллельно обработке образца осуществляют запись сигнала АЭ. Анализ результатов испытаний.
Изучают записи сигнала АЭ. Из рассмотрения исключаются участки сигнала со всплесками вследствие внешних помех. Усредняя значения регистрируемых сигналов согласно рис. 4.12, получают табулированные зависимости параметров АЭ от изменяемого технологического параметра.
