К вопросу контроля состояния поверхностного слоя детали в процессе виброударного упрочнения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 787
К ВОПРОСУ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛИ В ПРОЦЕССЕ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ А.А. Кожевников
Представлен анализ электрических и акустических методов неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния в металлических деталях. Рассмотрена измерительная схема контроля состояния поверхности детали в процессе виброударного упрочнения.
Ключевые слова: упрочнение, контроль, дефектоскопия
Введение.
В практике машиностроительного
производства широко применяются виброупрочняющие установки зарезанансного типа. Эти установки имеют устойчивый режим работы, однако, кроме проблемы управления траекторией колебаний, что, например, в большегрузных установках типа ВУД-2500 невозможно, существует проблема контроля за состоянием обрабатываемых деталей. На сегодняшний день, контроль виброударной и дробеструйной обработки осуществляется за счет использования контрольных образцов [1], что приводит к необходимости периодически прерывать технологический процесс. Это выливается в увеличение времени обработки и повышению энергозатрат. Решение проблем управления [2] связано с обеспечением устойчивости в близкорезонансной области при воздействии дестабилизующих факторов. Такими дестабилизирующими факторами являются: монотонное и скачкообразное
изменение массы подвижной системы (до 2530%), виброударное гашение амплитуд колебаний за счет периодических соударений вибрирующей инструментальной среды с контейнером и деталью. В результате этого технологические параметры обработки
деталей могут изменяться в сторону ухудшения. Своевременное вмешательство управляющего воздействия на вибросистему может вернуть ее в нужный режим, что не
всегда возможно осуществить вручную.
Адаптивное управление процессом
виброударного упрочнения жестко связано с контролем динамики технологической системы и процессом формирования поверхностного слоя. Последнее, в силу сложности, долгое время не представлялось возможным [2]. На сегодняшний день накопился богатый опыт в области контроля различными методами
Кожевников Алексей Александрович — ВФ МИИТ, канд. физ. -мат. наук, доцент, e-mail: akozhev@yandex. ru
параметров состояния поверхности: наклепа, остаточных напряжений и шероховатости.
Электрические методы измерения деформаций.
Изменение электрического сопротивления или емкости при деформировании материала может быть обусловлено тремя эффектами [3, 4]:
1. Изменением удельного сопротивления материала (р) при изменении его напряженного состояния. Данный эффект называется пьезорезистивным и используется в различных датчиках высоких давлений. Одним из видов датчиков, работающих за счет пьезорезистивного эффекта, являются манганиновые датчики давления, коэффициент эластосопротивления которых достигает значений л=Др/р=2. 510"-5 МПа& quot-1. Влияние данного эффекта в обычных металлических проводниках, в том числе стальных, настолько мало, что им обычно пренебрегают.
2. Изменением длины и сечения
проводника (/) при его деформировании. Данный эффект используется в тензорезисторах. Датчики, основанные на данном эффекте, имеют коэффициент тензочувствительности равный примерно 2. Это означает, что при напряжениях
соответствующих пределу упругости,
например в стали С 235, относительная
деформация (е) составит около 0,1%, а изменение сопротивления около 0,2% от абсолютного значения.
3. Известно, что при подаче к поверхности
проводника переменного тока высокой частоты имеет место скин& quot-эффект, при котором токи высокой частоты сосредотачиваются у той поверхности
проводника, которая является ближайшей к источникам поля, вызывающим появление токов. Глубина проникновения тока к в проводнике определяется выражением:
h =
у1Ф& lt-7 '
где /- частота тока, Гц- ц — абсолютная магнитная проницаемость материала, Гн/м- у -удельная электропроводность материала, См/м.
Магнитная проницаемость материала является переменной величиной и, в том числе, зависит от напряженного состояния. зависимость изменения электрического сопротивления на переменном токе от механических напряжений, обусловленная изменением магнитной проницаемости стали, имеет чувствительность приблизительно в 20 раз превышающую чувствительность проводниковых тензорезисторов.
Акустические методы дефектоскопии.
Упругие колебания и акустические волны, особенно ультразвукового диапазона, широко применяют в технике контроля и измерения физических параметров. Сюда относят звуковую и ультразвуковую локацию, ультразвуковую медицинскую диагностику, контроль уровня жидкости, скорости потока, давления, температуры в сосудах и трубопроводах, а также использование акустических колебаний и волн для неразрушающего контроля. Для целей контроля обычно применяют колебания частотой от 50 Гц до 50 МГц, с интенсивностью не более 1 Вт/см2 [6].
Одним из методов исследования технологических и трибологических систем является анализ спектра упругих колебаний, возникающих при взаимодействии тел в процессе трения или удара [5, 7]. Существуют предположения, что за возникновение упругих колебаний при трении ответственна флуктуирующая сила, которая может быть индуцирована деформацией шероховатостей или их адгезионным взаимодействием с сопряженной поверхностью, а также отделением частиц износа.
Автоматизированный анализ спектра акустических колебаний при трении и ударе осуществляется на основе вейвлет& quot-
преобразования [7] или быстрого преобразования Фурье [8]. При исследовании динамического поведения различных материалов обычно применяют
пьезопреобразователи или тензорезисторы, которые наклеивают на образцы. Скорость распространения импульсов упругих
напряжений в стальных образцах равна скорости звука (5000 м/с), в то же время
массовые скорости частиц стержней соответствуют скорости ударника (5 — 20 м/с). Массовая скорость v связана с деформацией e выражением v = ec, где с — скорость звука в стержне [9]. Таким образом, измерение массовой скорости равноценно измерению деформаций.
Заключение.
Проблема использования методов неразрушающего косвенного контроля состояния поверхности в процессе виброударного упрочения связана с ограничениями по применению первичного измерительного оборудования (датчиков): разрушительное действие инструментальной среды, мощное вибрационное воздействие, наличие технологической жидкости и частиц разрушенных элементов инструментальной среды, изменение температуры, малость
измеряемого объекта (слой толщиной порядка 300 — 400 мкм). Применение магнитных и электромагнитных методов связано с необходимостью размещать датчик
непосредственно над обрабатываемой поверхностью, что не позволяет использовать данный подход для контроля в процессе обработки. Серьезным недостатком ультразвуковых методов является
необходимость точной настройки первичной генерационно-измерительной системы
(расположение генератора акустических колебаний и приемного датчика и т. д.), что в условиях воздействия инструментальной среды и вибраций, может свести на нет все преимущества.
Метод контроля состояния поверхности в процессе виброударного упрочнения может быть реализован на основе электрических и акустических измерениях состояния системы.
Существование такого физического явления, как скин-эффект в металлах, позволяет рассчитать сопротивление исследуемого участка (контрольного образца) на различных глубинах через измерение напряжения и тока большой частоты (10−20 000 кГц). При этом сопротивление зависит от напряженно-деформированного состояния поверхности. В схему измерения также должен быть включен датчик температуры, поскольку в процессе упрочнения происходит разогрев рабочей среды и, соответственно, детали, а, как известно, электрическое сопротивление изменяется с изменением температуры. Среди акустических методов наиболее
перспективными является анализ спектра упругих колебаний, возникающих во время
удара элементов инструментальной среды с поверхностью детали. Он дает возможность отслеживать как изменение самого спектра, так и среднего значения амплитуды звуковой волны, при этом датчик можно закрыть образцом& quot-свидетелем от разрушающего воздействия инструментальной среды. Измерительная схема, реализующая комплексный метод контроля состояния поверхностного слоя, представлена на рисунке.
Таким образом, контроль состояния поверхностного слоя детали в процессе виброударного упрочнения возможен после исследования описанных методов на применение в условиях эксплуатации виброударной технологической системы.
Литература
1. Рыбаков Г. М. Формирование сжимающих остаточных напряжений в металлических деталях при дробеструйной обработке [Текст] / Г. М. Рыбаков // Технология машиностроения. — 2007. — № 1. — Том 55. -С. 51−54.
2. Копылов Ю. Р. Виброударное упрочнение [Текст]: монография. / Ю. Р. Копылов. — Воронеж: Воронежский институт МВД России. — 1999. — 386 с.
3. Машиностроение. Энциклопедия. Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) [и др.]. Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин [Текст]: т. 1−3. В 2-х кн. Кн. 2 / Под общ. ред. К. С. Колесникова. — М.: Машиностроение. — 1995. — 624 с.
4. Улыбин А. В. Метод измерения электрического сопротивления для контроля механических напряжений в стальных конструкциях [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05. 11. 01 / Улыбин Алексей Владимирович. — Санкт-Петербург, 2010. — 115 с.
5. Неразрушающий контроль и диагностика [Текст]:
справочник. / Под ред. В. В. Клюева. — М. :
Машиностроение. — 2003. — 656 с.
6. Ермолов И. Н. Неразрушающий контроль
[Текст]: в 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: практ. пособие. / И. Н. Ермолов, Н. П. Алешин, А. И. Потапов. — М.: Высш. шк. — 1991. — 283 с.
7. Хвостиков А. С. Диагностика износа режущего
инструмента на основе вейвлет-анализа сигнала виброакустической эмиссии [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05. 03. 01/ Хвостиков Александр Станиславович. -Комсомольск-на-Амуре, 2007. — 150 с.
8. Мирсков А. Измерительный комплекс для
исследования структуры и физических свойств материалов [Текст] / А. Мирсков, С. Шиляев // Электроника: НТБ. — 2005. — № 7. — С. 46−47.
9. Баранников В. А. Простой электромагнитный датчик мгновенных деформаций [Текст] / В. А. Баранников, Е. А. Николаева, С. Н. Касаткина // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2007. — № 3. -Том 73. — С. 66−68.
Измерительная схема контроля состояния поверхности в процессе виброударного упрочнения.
Г — высокочастотный генератор, М — резистивный измерительный мост, У — усилитель,
АД — амплитудный детектор, АЦП — аналого-цифровой преобразователь, МК — микроконтроллер,
1 — подложка, 2 — образец-свидетель, З — электрический контакт в металлическом кожухе,
4 — датчик температуры, 5 — акустический датчик
Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Воронежский филиал
TO QUESTION OF CONTROL OF THE STATE OF SUPERFICIAL LAYER OF DETAIL IN THE PROCESS OF VIBROSHOCK WORK-HARDENING
A.A. Kozhevnikov
The analysis of electric and acoustic methods of non-destructive control of the tense-deformed consisting is presented of metallic details. The measuring chart of control of the state of surface of detail is considered in the process of the vibroshock work-hardening
Keywords: work-hardening, control, fault detection

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой