Способ определения эксплуатационной характеристики абразивного инструмента

 

1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА, заключающийся в том, что измеряют физический параметр инструмента., связанный с его эксплуатационной характеристикой, строят кривые его изменения в зависимости от изменения последней и по полученным зависимостям определяют искомую величину, о т л и .ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности и автоматизации процесса определения твердости абразивного инструмента, в качестве физического параметра берут относительную диэлектрическую проницаемость материала инструмента, а измерение производят в диапазоне частот Гц. 2.Способ по п,1, отличающийся тем, что шлифовальный круг помещают между обкладками конденсаторного датчика, являющегося элементом частотно-зависимой системы измерительного генератора, вращают круг со скоростью 10-20 об/с, осуществляют частотное детектирование напряжения генератора и выделяют из полученного сигнала среднее, максимальное и минимальное значения, после чего определяют среднюю твердость и перепад твердости в круге.. 3.Способ ПОП.1, отличающийся тем, 4Ttf, с целью определения структуры абразивного инструмента , дополнительно измеряют тангенс угла диэлектрических потерь при постоянной величине напряженности поля в материале инструмента в пределах 120-150 В/см.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,„1476 А

4(51) G 01 N 3/58 // В 24 D 3/00

;) ц;(, „

f.

1 . 4 М< .(Atg

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTMPbITHA (21) 3612439/25-08; 3612537/25-08 (22) 17.06.83 (46) 28.02.85. Бюл.9 8 (72) Л.Е.Пулин (71) Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института абразивов и шлифов ния (53) 621.921:620.178(088.8) (56)1.Авторское свидетельство СССР

9 819622, . G 01 N 3/58, 1978 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА, заключающийся в том, что измеряют физический параметр инструмента,, связанный с его эксплуатационной характеристикой, строят кривые его изменения в зависимости от изменения последней и по полученным зависимостям определяют искомую величину, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и автоматизации процесса определения твердости абразивного инструмента, в качестве физического параметра берут относительную диэлектрическую проницаеMocTb материала инструмента, а измерение производят в диапазоне частот 10 -107 Гц.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что шлифовальный круг помещают между обкладками конденсаторного датчика, являющегося элементом частотно-зависимой системы измерительного генератора, вращают . круг со скоростью 10-20 об/с, осуществляют частотное детектирование напряжения генератора и выделяют из полученного сигнала среднее, максимальное и минимальное значения, после чего определяют среднюю твердость и перепад твердости в круге..

3. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения структуры абразивного.инструмента, дополнительно измеряют тангенс угла диэлектрических потерь при постоянной величине напряженности поля в материале инструмента в пределах 120-150 В/см.

1142776

35Изобретение относится к производству абразивного инструмента и может быть использовано для опредеI ления твердости и структуры абразивного инструмента, являющихся важными эксплуатационными характеристи- 5 ками.

Известен способ определения эксплуатационной характеристики абразивного инструмента, заключающийся в том, что измеряют физический пара-i- . метр инструмента (скорость распространения акустических волн), связанный с его эксплуатационной характе ристикой, строят кривые его изменения в зависимости от изменения последней 15 и по полученным зависимостям определяют искомую величину flJ.

Недостатком известного способа является трудоемкость процесса измерения и невозможность в связи с этим автоматизации процесса измерения. Кроме того, точность изме.Рения известным способом невелика.

Цель изобретения — повышение точности и автоматизация процесса определения твердости и структуры абразивного инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что по способу определения эксплуатационной характеристики абразивного инструмента, заключающемуся в том, что измеряют физический параметр инструмента, связанный с его эксплуатационной характеристикой, строят кривые его изменения в зависимости от изменения последней и по полученным зависимостям определяют искомую величину, в качестве физического параметра берут относительную диэлектрическую проницаемость материала инструмента, а изме- QQ рение производят в диапазоне частот

105 -107 Гц

При определении твердости шлифовального круга последний помещают межцу обкладками конденсатоРного 4 датчика, являющегося элементом частотно-зависимой системы измерительного генератора, вращают круг со скоростью 10-20 об/с, осуществляют частотное детектирование напряжения генератора и выделяют из полученного сигнала среднее, максимальное и минимальное значения, после чего определяют среднюю твердость и перепад твердости в круге.

При определении структуры абразивного инструмента дополнительно измеряют тангенс угла диэлектрических потерь при постоянной величине напряженности поля в -материале инструмента в пределах 120-150 Â/см. 60

Возможность определения твердости, абразивных инструментов измерением относительной диэлектрической проницаемости материала инструмента обусловливается тем, что твердость инструментов определяется количеством и свойствами связки, а указанные параметры, в свою очередь, тесно связаны с диэлектрической проницаемостью.

Измерение диэлектрической проницаемости может осуществляться бесконтактными методами,на результат измерений не влияют форма и размеры инструмента, за исключением одного размера — высоты инструмента в месте измерения конденсаторным датчиком. Этот размер легко определяется и учитывается в процессе измерений.

На фиг.l показана блок-схема. лабораторной установки, реализующей предлагаемый способ при определении твердости шлифовального круга; на фиг.2 кривые, описывающие зависимость между диэлектрической проницаемостью круга и глубиной лунки, создаваемой пескоструйным прибором, который использован для определения твердости круга при построении графиков;.на фиг.3 блок-схема лабораторной установки, реализующей предлагаемый способ при определении структуры абразивного инструмента; на фиг.4 — пример реализации способа определения структуры абразивного инструмента.

Лабораторная установка для определения твердости круга содержит привод 1 вращения контролируемого круга,.конденсаторный датчик 2, измерительный генератор 3, частотный детектор 4 .и вольтметр 5.

При вращении контролируемого круга приводом 1 внутри датчика 2 оказываются попеременно участки круга с различной твердостью и, следовательно, с различной величиной диэлек. трической проницаемости. Это приводит к периодическому изменению емкости датчика 2,. включенного в колебательный контур измерительного генератора 3. В результате колебания генератора 3 модулируются по частоте, причем глубина модуляции определяется перепадом твердости в контролируемом .круге. Напряжение генератора 3 детектируется частотным детектором 4, к выходу которого подключен вольтметр 5. Устанавливая соответствующий режим измерений, определяют максимальное, минимальное и эффективное значения напряжения на детекторе 4 с помощью вольтметра 5.

Максимальное положительное значение напряжения соответствует максимальной частоте генератора 3, т.е. минимальной емкости датчика 2 и, следовательно, минимальной твердости круга. Максимальное отрицательное напряжение соответствует минимальной частоте генератора 3, т.е. максимальhoA емкости датчика и,. следовательно, максимальной твердости круга.

Одновременно с измерением диэлектрической проницаемости производят

1142776

Диэлектрическая проницаемость

V =40а

ЧУ=60%

10,3

9,5

8,5

3,0

9,3

8,5

7,5

3,1

8,4

7,6

6,6

3,2

5,9

7,5

6,7

3,3

6,5

6,0

5,2

3,4

5,8

5,2

4,6

3,5

5,1

4,5

3,8

3,6

4,4

3,8

3,3

3,7

3,В э з

2,7

3,8 з,з

2,В

2,2

3,9

2,В

2,4

1,8

4,0

2,4

2,0

1 4

4,1

2 0

1,7

1,2

4,2

1,8

l,5

1,0

4,3

1,4

0,9

4,4 измерение твердости инструмента пескоструйным методом, по полученным данным строят кривые изменения диэлектрической проницаемости материала круга в зависимости от изменения твердости круга (глубины лунки).

Кривые строят с учетом объема зерна

v в круге.

Результаты измерений показывают, что при постоянстве содержания зерна в круге имеется вполне определенная и однозначная зависимость между глубиной лунки, создаваемой пескоструйным прибором, и диэлектрической проницаемостью.

Получив зависимость между глубиной лунки и диэлектрической проницаемостью, определяют твердость кру;а по полученной величине диэлектрической проницаемости. Для опреде пения твердости конкретного инструмента измеряют с помощью выаеуказанного устройства диэлектрическую щро" ницаемость и.по графику, изображенному на фиг.2, определяют глубину лунки, прямо пропорциональную твер," дости.

Результаты измерений приведены в таблице.

Глубина лунки, мм, при

Ч =50%

1142776

Лабораторная установка для определения структуры абразивного инструмента включает высокочастотный генератор 6 (типа Г4-116) с выходным усилителем и аттенюатором 7, мост 8 (типа ЯХМ -2-2 RFT), вольтметры 9 и 10 с высоким входным сопротивлением (типа Е 9-14), конденсаторный датчик 11. ,Для измерения величин диэлектри" ческой проницаемости и тангенса угла 10 диэлектрических потерь производят последовательно следующие операции.

Помещают .контролируемое изделие . между пластинами конденсаторного датчика 11 и предварительно с по- 15 мощью аттенюатора 7 устанавливают на пластинах датчика напряжение, соогветствующее выбранной величине напряженности поля в материале. Контроль этого напряжения осуществляют с rtoмощью вольтметра 10. Уравновешивают мост 8 по активной и реактивной составляющим сопротивления, добиваясь минимума показаний вольтметра 9,Проверяют по вольтметру 10 величину нап-25 .ряжения на пластинах датчика 11 при уравновешенном состоянии моста 8.

При отклонении этой величины от установленного значения восстанавливают

r о с помощью аттенюатора 7.По вольтметру 9 проверяют сбалансированность моста 8 и при. необходимости производят повторное уравновешивание.

По лимбам рукояток моста 8 определяют величину емкостного и активно го сопротивления материала изделия и З5 с учетом известных параметров датчика производят пересчет полученных величин в значения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. 40

В процессе измерений частоту генератора устанавливают равной 1 ИГц, а напряженность поля в датчике

130 В/см.

Согласно способу измеряют диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь и строят кривые изменения диэлектрической проницаемости (сплошные линии) и тангенса угла диэлектрических потерь (пунктирные линии) в зависимости от соотношения компонентов структуры инструмента (V — материал, V — связка) на диаграмме состава инструмента.

Затем для определения структуры конкретного инструмента измеряют диэлектрическую проницаемость И тангенс угла диэлектрических потерь переносят на диаграмму состава абразивного инструмента, проектируют точку пересечения 60 .=.эокривых диэлектрической проницаемости (Р) и тангенса угла диэлект" рических потерь (tg8) на оси V> и

V, и определяют состав инструмента (Ч . V;.,, 65

Выбор. Указанного выше частотного диапазона измерений обусловлен следующими соображениями.

При частотах, меньших 10 Гц, зависимость диэлектрической проницаемости материала абразивного инструмента от частоты имеет сравнительно крутой участок. Работа на этом участ ке может привести к существенной нестабильности результатов измерений.

В связи с тем, что емкость конденсаторных датчиков, применяемых для таких измерений, сравнительно мала (как правило, не превышает

100 пФ), получение точных результа-. тов и хорошей разрешающей способности на более низких частотах весьма затруднительно, особенно при использовании резонансных методов, весьма эффективных в данном случае.

При частотах выше 10 Гц практическая реализация измерений в производственных условиях затруднительна, в особенности, если измерения должны производиться на реальных изделиях, а не на специально подготовленных образцах.

Необходимость ограничения скорости круга, с одной стороны, обусловлена трудностями обработки медленно меняющихся сигналов в преобразователе и сложностью визуализации таких сигналов с помощью ос. иллографов, а, с другой стороны, вызвана стремлением упростить защитные устройства и ограничениями рабочей скорости инструмента.

Необходимость измерения тангенса угла диэлектрических потерь при постоянной величине напряженности поля в материале и ограничение возможных значений этой величины интервалом .120-150 B/см вызваны следующими причинами.

Материалы, из которых изготавливается абразивное зерно, обладают полупроводниковыми свойствами. Удельная проводимость зерна при изменении напряженности поля от 5 до 250 В/см изменяется примерно на два порядка.

Поскольку величина тангенса угла диэлектрических потерь определяется проводимостью материала, необходи мость проведения измерений при постоянной величине напряженности поля очевидна.

Как показывают результаты исследований, зависимость проводимости абразивного зерна от напряженности поля близка к экспоненциальной, причем крутая ветвь экспоненты располагается в интервале напряженности до 100 В/см. Напряженностям в интервале 120-250 В/см соответствует сравнительно пологий участок харакгеристики, следовательно, для обеспечения, большей точности измерения

1142776

15

50

4,0

4 ие. 2 целесообразно производить при напряженностях, больших 120 В/см.

Результаты исследований показывают также, что величина тангенса угла диэлектрических потерь абразивных материалов при малых напряжен .ностях не превосходит, как правило, 0,003-0,005, т.е. находится в облас ти значений, точное измерение которых затруднительно. При напряженностях, больших 120 В/см, эта величина увеличивается на один-полтора порядка и переходит в область значений, измерение которых не представляет сложностей. Следовательно, измерение тангенса угла диэлектрических потерь целесообразно при напряженностях, больших 120 В/см.

Применение напряженностей, больших 150 В/см, не дает особых преимуществ в сравнении с диапазоном

120-150 B/см, но требует существенных усложнений приборов в части повышения прочности изоляции и обеспечения требований техники безопасности.

Предлагаемый способ позволяет повысить то"ность определения твердости и структуры инструмента путем снижения трудоемкости и временных затрат на проведение измерений,позволяет заменить используемый в настоящее время пескоструйный метод контроля твердости, имеющий ряд серьезных недостатков. Более точное распределение инструмента по твердости позволяет по данным технологических исследований повысить стойкость инструмента в среднем на 20% и исключить прижоги на обрабатываемых поверхностях.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет автоматизировать технологический процесс неразрушающего контроля абразивного инструмента в массовом количестве. Тем самым исключается ручной труд на операции массового контроля и снижается трудо.емкость процесса.

1142776

492. 5

Фи8. 4

Составитель Т.Петухова

Техред О.Неце

Редактор И.Рыбченко

Филиал ППП Патент, г.ужгород. Ул..Проектная, 4

fe. 3

Заказ 711/39 Тираж 897

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Корректор Е.Сирохман

Подписное