Оценка информативности спектрального анализа микрогеометрии поверхности

Язык труда и переводы:
УДК:
621.9.015
Дата публикации:
18 мая 2022, 19:26
Категория:
Контроль и диагностика деталей и оборудования в машиностроении
Авторы
Руднев Сергей Кириллович
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Рассмотрен один из важных параметров при оценке качества изделий — микрогеометрия поверхности, от которого в значительной степени зависит их будущая долговечность, надежность, точность хода, уровень шума, коррозионная стойкость и износостойкость. Рельеф на поверхности изделия обусловлен используемым технологическим процессом и является носителем информации о самом процессе и состоянии оборудования. Поверхность детали может выступать источником информации наравне с сигналом виброускорения. Сделаны выводы, что поверхность детали может выступать источником информации наравне с сигналом виброускорения; совместное использование этих сигналов значительно повышает качественное понимание процессов, возникающих во время механической обработки; по измеренной поверхности детали можно судить о технологических параметрах обработки.
Ключевые слова:
микрогеометрия поверхности, шероховатость, волнистость, профилограмма, профилометрия
Основной текст труда

Качество поверхностного слоя деталей наряду с физико-механическими характеристиками и точностью обработки является важнейшей комплексной характеристикой, во многом определяющим эксплуатационные свойства машин.  Из-за сложности оценки и использования микрорельеф поверхности пока не используется как критерий оценки качества изготовления деталей, оценку поверхности изготовленной детали чаще всего дают параметрами шероховатости и волнистости. Современные методы измерений позволяют довольно точно измерять реальный профиль поверхности. Такие измерения возможно, как с помощью контрольно-измерительных машин, так и с помощью небольших «цеховых» приборов, причем точность последних все равно позволяет выполнять довольно точный анализ [1]. Однако уже сейчас, накопленный опыт машиностроительной отрасли [2, 3] позволяет зафиксировать влияние микрорельефа поверхности на эксплуатационные характеристики изделий. Придание поверхностям деталей надлежащих свойств, способствующее значительному повышению показателей качества эксплуатируемых машин, и в первую очередь показателей их надежности и долговечности, сформировало подход к обработке материалов, известный как инженерия поверхностного слоя изделий. Кроме того, микрорельеф поверхности детали может служить источником информации для проведения диагностики состояния оборудования, инструмента и процесса резания.

Во время механической обработки детали возникают вибрации, которые оставляют след на обработанной поверхности. Источников вибрации обычно несколько и каждый из них вносит свой вклад в итоговую микрогеометрию детали [4, 5]. Использование микрорельефа поверхности наравне с частотной оценкой колебаний, возникающих при механической обработке, позволяет повысить информативность получаемых данных и повысить степень достоверности диагностики оборудования. В области анализа виброакустических колебаний, возникающих во время механической обработки изделий, часто используется частотный подход, позволяющий перевести полученную информацию из временной шкалы в частотную, однако для анализа микрорельефа обработанной поверхности использование частотного подхода не имеет такого широкого распространения, после измерения профиля поверхности сигнал имеет размерность длины и перейти в частотную область в прямом виде нельзя [6]. Часть работ используют преобразование Фурье для таких профилей и получают область условно частотную. Такое преобразование позволяет также получать спектры и выполнять качественное и количественный анализ, однако эти спектры не позволяют полноценно связать обработанную поверхность с вибрациями, следовательно, анализ поверхности оторван от процесса ее получения и не может служить инструментом оценки качества процесса обработки.

В качестве примера рассмотрена поверхность детали полученная точением. Материал детали — Ст 3, способ закрепления — консольное в трех кулачковом патроне, режимы резания: подача S — 0,16 мм/об; частота вращения заготовки n — 900 об/мин; глубина резания t — 0,4 мм. Предварительно с заготовки была снята ржавчина черновым проходом с режимами: S — 0,16 мм/об; n — 900 об/мин; t — 0,25 мм. Чистовая обработка велась на автоматической подаче с использованием реечной передачи (параметры передачи модуль рейки m 3 мм, количество зубьев шестерни z = 10). Обработка производилась проходным отогнутым резцом с напайной твердосплавной пластинкой (материал пластинки Т15К6).

 Микрогеометрия поверхности измерялась с помощью профилометра Time TR-220 (Китай). Перед измерением, была обеспечена параллельность оси вращения детали ходу щупа, прибор подключался к персональному компьютеру через порт RS-232. Далее в программном обеспечении Time Surf TR220 выбирались параметры измерений: базовая длина измерения 2,5 мм, длина оценки 5 базовых длин (12, 5 мм), диапазон измерений — авто, скорость перемещения щупа 1 мм/с, измерялся прямой профиль (без фильтра).

По результатам измерения профиля детали имеется массив данных, представляющих собой координаты профиля. Полученный массив данных можно преобразоваться с помощью быстрого преобразования Фурье. После такого преобразования получится область условно частотная с размерностью 1/мм, в которой возможно использование всех инструментов спектрального анализа.

На спектре максимальный пик соответствовал частоте 5.7147 (1/мм), следовательно, длина волны   \lambda =1/5.7147=0.175 мм,  номинальная подача была равна 0,16 мм, тогда погрешность оценки шага шероховатости  9,38 %. Более подробно данный пример рассмотрен в работе [7].

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

  1. Поверхность детали может выступать источником информации наравне с сигналом виброускорения.
  2. Совместное использование этих сигналов значительно повышает качественное понимание процессов, возникающих во время механической обработки
  3. По измеренной поверхности детали можно, с определенной достоверностью, судить о технологических параметрах обработки

 

Литература
  1. Уайтхаус Д. Метрология поверхностей: принципы, промышленные методы и приборы. Долгопрудный, Интеллект, 2009, 471 с.
  2. Суслов А.Г. Инженерия поверхности деталей. Москва, Машиностроение, 2009, 320 с.
  3. Башевская О.С., Бушуев С.В., Никитин А.А., Ромаш Е.В., Подураев Ю.В. Выбор параметров шероховатости для оценки качества поверхности изделий после электроэрозионной обработки. Измерительная техника, 2015, № 8, с. 20–22.
  4. Гаврюшин С.С., Досько С.И., Утенков В.М., Червова А.А. Исследование динамических процессов с использованием анализа форм частотных декомпозиций сигнала на основе метода Прони. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки, 2017, № 6 (75), с. 126–136. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2017-6-126-136
  5. Досько С.И., Утенков В.М., Молчанов А.А. Возможности использования параметрического спектрального анализа для идентификации режима автоколебаний в станках. Вестник Брянского государственного технического университета, 2018, № 12 (73), с. 74–78. https://doi.org/10.30987/article_5c0f808f755da4.36546941
  6. Лищенко Н.В. Частотные характеристики профилограммы поверхности и вибраций при ее обработке. Високі технології в машинобудуванні. Матер. ХХІІ Міжнар. наук.-практ. семінару, Одеса, 7–12 верес. 2015 р. Харків, Нац. техн. ун-т «Харк. політехн. ін-т», Одес. нац. політехн. ун-т., 2015, с. 114.
  7. Досько С.И., Молчанов А.А., Бушуев С.В., Руднев С.К. Способы повышения информационной эффективности профилометрии. Вестник машиностроения, 2021, № 12, с. 40–43. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2021-12-40-43
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.