SU1730574A1 - Способ контрол структурной неоднородности поверхностного сло детали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к методам неразрушающего контрол  качества материалов и изделий, основанным на регистрации и анализе сигналов акустической эмиссии. Целью изобретени   вл етс  повышение производительности контрол  за счет выбора траектории сканировани . Способ заключаетс  в сканировании индентором поверхности детали и регистрации амплитуды сигнала акустической эмиссии, генерируемой в зоне контакта индентор - поверхность детали. При этом радиус кривизны индентора, линейна  скорость сканировани , шаг сканировани  и нагрузка на индентор устанавливаютс  с учетом обеспечени  наибольших производительности, чувствительности контрол  и сохранени  эксплуатационных свойств поверхностного сло  детали. сл С

Description

Изобретение относитс  к методам неразрушающего контрол  качества материалов и изделий, основанным на регистрации и анализе сигналов акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано, в частности , в подшипниковой промышленности дл  контрол  колец подшипников качени  на предмет обнаружени  шлифовочных прижо- гов.

Известны способы контрол  структуры материала, основанные на воздействии индентором на поверхность исследуемого объекта и измерении параметра сигнала АЭ. Они позвол ют получать лишь интегральную оценку твердости, хрупкости и структуры материала , а структурные неоднородности поверхностного сло  не регистрируютс .

Известен способ контрол  качества изделий , согласно которому вдавливают индентор в материал и измер ют амплитуду сигналов акустической эмиссии, по величине которой суд т о контролируемом параметре.

Недостатками этого способа  вл ютс  низкие производительность и достоверность контрол , поскольку он не позвол ет достаточно быстро обследовать всю поверхность детали, воздействие индентором осуществл етс  лишь в отдельных точках поверхности, и локальные структурные неоднородности поверхностного сло  детали остаютс  невы вленными .

Цель изобретени  - повышение производительности контрол  цилиндрических деталей. Поставленна  цель достигаетс 

ч со о сл

XI

Јь

тем, что на поверхность детали воздействуют индентором и регистрируют амплитуду сигналов акустической эмиссии, по которым суд т о контролируемом параметре, воздействие индентором на поверхность детали осуществл ют при их относительном перемещении , а линейную скорость v перемещени , радиус RH кривизны индентора и шаг s перемещени  в направлении, перпендикул рном направлению линейной скорости, устанавливают из соотношений:

RH 66,67 I02/Ra; v (В + 10)/ т; с 4 р1/з; 3 (Еи+Ед|/Еи-Ед .у3

S - п г --.зй

3 - 22Rn ±Ri 1 ±R2

згт Г V1

где lo - минимальный размер области структурной неоднородности поверхности, мм;

Ra - номинальна  величина параметра шероховатости поверхности детали, мкм;

B 0,122VRM Ra ,мм;

т - врем  интегрировани  сигнала акустической эмиссии, с;

Ей, Ед - модули упругости индентора и детали, МПа;

Ri, R2 - радиусы кривизны поверхности сканировани  детали, м (знак + беретс  при сканировании внешней поверхности, знак - - при сканировании внутренней поверхности );

v - коэффициент кривизны, определ емый по таблицам в зависимости от RH, Ri и R2;

Р - нормальна  нагрузка на индентор, исключающа  повреждение поверхности в процессе контрол  Н.

Способ осуществл етс  путем перемещени  индентора по поверхности детали при услови х, исключающих ухудшение ее эксплуатационных свойств из-за царапани  или наклепа, и регистрации амплитуды сигнала АЭ, генерируемой в зоне контакта индентор - поверхность детали. За счет различи  в упругих свойствах структур основного материала детали и областей дефектной структуры при таком перемещении происходит изменение в процессах упругой реакции материала при переходе индентора от одной структуры к другой, генерирующих сигналы АЭ, что приводит к изменению регистрируемой амплитуды сигнала АЭ. Отличительным признаком изобретени   вл етс  то, что воздействие индентора на поверхность детали осуществл етс  при их относительном перемещении и при этом параметрами процесса сканировани   вл ютс  посто нные дл  данной детали: линейна  скорость v относительного перемещени 

индентора, шаг s смещени  индентора по поверхности детали в направлении, перпендикул рном направлению линейной скорости , нормальна  нагрузка Р на индентор,

радиус RH кривизны индентора в месте его контакта с поверхностью детали. В результате расчетов установлено, что дл  повышени  производительности и обеспечени  необходимой чувствительности к обнаружению структурных неоднородностей размер площадки контакта упругого внедрени  сферического индентора в поверхностный слой детали (В) должен быть равен В 0,122VRaRM 3. lo где lo - минимальный

размер области структурной неоднородности поверхности, способный обнаруживатьс  аппаратурой АЭ-контрол  с данной разрешающей способностью, отсюда радиус кривизны индентора устанавливаетс  как

ближайший к оценке:

Ru. 66,67 I02/Ra

О)

где Ra - номинальна  величина параметра шероховатости поверхности детали, мкм. Линейна  скорость сканировани  v определ етс  исход  из того, чтобы врем  АЭ-излу- чени  от структурного дефекта с размером в направлении вектора V равным 0, было больше времени интегрировани  Та аппаратуры АЭ-контрол . Врем  излучени  А т определ етс  как врем  взаимодействи  площадки контакта, образуемой при упру- гом вдваливании индентора в деталь, с областью дефекта размером 10 в направлении V. Поэтому

40

Та Дт (В + I0)/V

(2)

откуда максимально допустима  скорость сканировани  vn равна

45

vn (В + 1о)/та

(3)

Нормальна  нагрузка на индентор Р должна быть меньше критической нагрузки Рс, привод щей к наклепу и ухудшению эксплуатационных свойств поверхностного сло 

0 детали. Она устанавливаетс  экспериментально как минимально допустима  нагрузка , при которой при сканировании поверхности детали с линейной скоростью V vn не происходит потер  контакта ин5 дентора с деталью из-за динамических возмущений , вызванных макро- и микрогеометрическими отклонени ми детали. Шаг перемещени  s индентора определ етс  как размер площадки контакта от упругого внедрени  индентора в деталь перпендикул рно направлению вектора V с учетом обеспечени  сканировани  всей поверхности без пропусков и перекрытий следов сканировани  от двух последовательных проходов. Он определ етс  с учетом значений RII, Р и радиусов кривизны поверхности детали:

3 (Еи + Ед)/Еи-Ед

{

2 2RM 1 ± Ri 1 ± R2

Н

(4)

где Ей, Ед - модули упругости индентора и детали, МПа;

Rii R2 - радиусы кривизны поверхности сканировани  детали (знак + беретс  при сканировании внешней, а знак - - при сканировании внутренней поверхности детали ), м;

V1 - коэффициент кривизны, определ емый по таблицам в зависимости от Яи, RI и

R2.

Изобретение иллюстрируетс  следующим примером. Проводилс  контроль наличи  структурной неоднородности по наружной поверхности наружных колец подшипников типа 116Л . Ra 350 мкм (поперек рисок) диаметр сканируемой цилиндрической поверхности кольца D 125 мм., посто нное га 100 мкс. Исход  из этих данных определено условие 66,67 х . х 0,152/0,350 4,29 мм (было прин то, что 0,15 мм, что соответствует минимальному размеру прижогов, обнаруживаемых при травлении). Индентором  вл лс  стандартный выглаживатель из синтетического алмаза с радиусом RH . Размер В по расчету равен B 0,122VPi rPa 0,14 мм, поэтому vn (0,14+ 0,15)/100-10 6 2943,5 мм/с, частота вращени  кольца (максимально допустима ) пи 60-Vn/ лО 60.2943,5 (3,14.125) 450 об/мин. Критическа  нагрузка Рс ЗН установлена экспериментально. Процедура выбора фактических Р и v состо ла в следующем . Кольцо устанавливалось в патроне токарно-винторезного станка 16К20, к нему подводилс  индентор, укрепленный в суппорте на упругом прижиме с жесткостью 6240 Н/м, до соприкосновени  с кольцом. Контроль посто нства контакта проводилс  по методу электросопротивлени . Скорость сканировани  v варьировалась установкой числа оборотов шпиндел . Сначала была установлена величина п 400 об/мин, нагрузка на индентор повышалась от 0 до той, при которой достигаетс  посто нство контакта, и эта величина сопоставл лась с Рс. Нагрузка задавалась поворотом винта поперечной подачи с учетом известной жесткости прижима . Если она оказалась выше Рс, значение v (число оборотов п) уменьшалось от данного до более низкого, и процедура подбора нагрузки повтор етс  в обратном направлении - от достигнутого до меньшего значени , при котором имеет место посто нство контакта. Было установлено, что дл  данного типа колец Р 1 Н, п 50 об/мин, и s 0,05 мм/об. Эта величина s прин та в

качестве продольной подачи суппорта станка . При этих услови х на станке проводилс  АЭ-контроль колец подшипников указанного типа, на которых предполагалось наличие прижогов. Регистраци  сигналов АЭ проводилась по следующей схеме. Кольцо вращалось в шпинделе, индентор, прижатый к нему прижимом, сканировал поверхность кольца, перемеща сь в направлении продольной подачи. Сигналы АЭ из зоны контакта индентора с кольцом преобразовались в электрические сигналы преобразователем, прикрепленным к индентору, усиливались в предварительном усилителе, поступали на блок полосовых фильтров, выдел ющий спектральные компоненты в полосах частот шириной 10 кГц с центральными частотами 100, 200 и 300 кГц, выбранными с учетом АЧХ тракта регистрации. Сигналы по трем каналам записывались на четырехканальный

магнитограф и выводились на печать с помощью печатающего устройства. Дл  интер- претации полученных результатов при записи сигналов АЭ регистрировались периоды вращени  кольца с помощью таходатчика , сигналы от которого записывались на четвертый канал магнитографа одновременно с сигналами АЭ. При этом фиксировалось положение кольца относительно магнита-возбудител  тахосигналов, наход щегос  на патроне, и сканирующего индентора . Это позвол ло сопоставл ть каждую акустограмму за период вращени  с данными о структурном состо нии поверхностного сло  колец, полученными при

последующем травлении, и с данными о микро- и макрогеометрии детали, сн тыми до сканировани ,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ контрол  структурной неоднородности поверхностного сло  детали, заключающийс  в том, что на поверхность детали воздействуют индентором и регистрируют амплитуду сигналов акустической эмиссии, по которой суд т о контролируемом параметре, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности контрол  цилиндрических деталей, воздействие индентором на поверхность детали осуществл ют при их относительном

   перемещении, а линейную скорость v перемещени , радиус RH кривизны индентора и шаг s перемещени  в направлении, перпендикул ром к направлению линейной скорости , устанавливают из соотношений:

   Ни 66,67 v (В + 10)/ г;

   -Р1/3 3 г

   {2

   (Еи + Ед)/Еи-Ед -з

   .- 1

   2Rn ±R1 ±R2

   - 1

   /V1

   где lo - минимальный размер области структурной неоднородности поверхности, мм;

   Ra - номинальна  величина параметра шероховатости поверхности детали, мкм;

   В 0,122 VTVRa , мм;

   0

   5

   т - врем  интегрировани  сигнала акустической эмиссии, с;

   Еи, Ед - модули упругости индентора и детали, МПа;

   Ri, R2 радиусы кривизны поверхности сканировани  детали, м, (знак + беретс  при сканировании внешней поверхности, знак - - при сканировании внутренней поверхности );

   v- - коэффициент кривизны, определ емый по таблицам в зависимости от Йи, RI и R2,

   Р - нормальна  нагрузка на индентор, исключающа  повреждение поверхности в процессе контрол , Н.