Способ контроля процесса резания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) OllHCAHHE ИЗОБРЕТ

Н ABTOPGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

N 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/ (2!) 3805724/25-08 (22) 16.10.84 (46) 15,02.86. Бюл. Р 6 (71) МВТУ им. Н,З. Баумана (72) В.Н. Подураев, А.В. Кибальченко и С.П. Бабак (53) 621.941.1 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 986615, кл. В 23 В 25/06, 1983. (54)(57)СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОПЕССА

РЕЗАНИЯ, основанный-на регистрации виброакустических сигналов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности контроля, регистрируют сигналы акустической эмиссии в процессе механической обработки, строят графическую зависимость

N = Г (A) где N — число импульсов сигналов акустической эмиссии; А— величина амплитуды импульсов, при этом выделяют участки с явно выра" женными экстремумами и устанавливают зависимость изменения площади под указанными участками от параметров процесса резания, а в качестве оптимальных принимают параметры, которым соответствуют минимальные значения площади под этими участками.

1210994

li.5

Изобретение относчтся к машиностроению, в частности к способам контроля процесса резания, обеспечивающим эффективность механической обработки.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение пределов контроля режимов резания, Во время механической обработки регистрируют сигналы акустической эмиссии, которые по амплитуде делят на и > 128 уровней квантования с шириной каждого уровня k < 80 мВ, выделяют максимумы на кривой N = — (А), где N — число импульсов сигналов акустической эмиссии;; А — величина амплитуды импульсов.„ изменяют условия механической обработки, например, варьированием режимов резания, пар инструментальных — обрабатываемых материалов и т.д.„ идентифицируют эти максимумы на разрушение, трение, пластическое деформирование инструментального и обрабатываемого материалов, по изменению которых судят о протекании самого процесса резания.

Способ основан на том, что в процессе резания генерируются сигналы акустической эмиссии (АЭ), При этом в зоне формообразования протекают несколько параллельно-последовательных процессов различной энергоемкости: пластическое деформировайие, тре" ние, разрушение обрабатываемого и инструментального материалов„ Источниками сигналов АЭ при пластическом деформировании является движение дислокаций, процессы двойникования, при трении — процессы соударения микронеровностей, адгезионного схватывания, при разрушениизарождение, рост микротрещин, их слияние в макротрещины по плоскостям сдвига.

Поэтому каждый процесс характеризуется своим математическим ожиданием статистической амплитуды генерируемых сигналов АЭ.

Для регистрации источников сигналов АЭ весь диапазон амплитуд делят на n > 128 уровней квантования. Данное число уровней квантования объясняется минимумом выборки случайной амплитуды иэ генеральной совокупности событий, Ширина каждого уровня квантования (канала) должна быть k 6 80 мВ. С уменьшени25

43

50 41 ем ширины уровня квантования происходит переход от макроуровня к микроуровню при изучении процесса реэания. Например, при l = 80 мВ регистрируется один источник, близкий к нормальному распределению, который в этом случае характеризует сам процесс резания, а площадь под кривой — всю энергию сигналов АЭ, генерируемую в зоне резания. При k

40 мВ происходит сужение каналов, т.е. как бы увеличение разрешающей способности шкалы амплитуд в 2 раза.

В этом случае уже отчетливо просматриваются три источника сигналов АЭ: трение, пластическое деформирование, разрушение. А при k (10 мВ процесс трения в зоне реэайия можно разделить на три микропроцесса: трение микронеровностей по микронеровностям, пластическое деформирование микронеровностей, разрушение микронеровностей, При k с )О мВ можно идентифицировать процессы, протекающие на микроуровнях ° Однако современная аппаратура, например, ИА1024-95 позволяет регистрировать толькo сигналы с шириной канала

10 мВ с К = 80 мВ.

В дальнейшем проводят идентификацию зарегистрированных источников путем изменения условий механической обработки, например, варьированием режимов резания пар инструментальных — обрабатываемых материалов и т.д.

Пример, !

Исследования проводились на вертикально-фрезерном станке FN 20

"ZHBRAK" (ЧССР), В качестве режущего инструмента испольэовали фрезы четырехзубые диаметром 12 мм с углом наклона зубьев о (й = 40 с коническим хвостовиком. Режущая часть была изготовлена иэ быстрорежуцей стали Р6М5К5.

Геометрия заточки инструмента:

14 ; к = 15 ; q = 45 ; q,= 10-15

В= 1 мм;, =0

Основную часть испытаний проводили на образцах из стали ЗОХГСА при следующих режимах резания: V = 0,031,2 /c; S = 8 — 80 и /мин; 4=0,015 им; B=5-25ìì., Пьезоэлектрический датчик крепили на образцах. При этом предполагали, что регистрируются сигналы А 9, генерируемые в результате процессов, имеющих место в обрабатываемом мате1210994

55 риале, так как сигналы АЭ, генерируемые в инструменте „значительно ослабляются при прохождении границы раздела инструмент — обрабатываемый материал.

В качестве измерительной аппаратуры использовали стандартный комплект акусто-эмиссионной аппаратуры, состоящий из пьезоэлектрического датчика, предварительного усилителя, блока фильтров, основного усилителя, блока обработки сигналов, анализатора импульсов И-1024-95 и цифропечатающего устройства.

При проведении экспериментов при п = 128, k = 20 мВ регистрируются источники, характеризующие процессы трения, пластического деформирования, разрушения обрабатываемого материала. На фиг. 1 показано изменение характера кривой N = f (А) в зависимости от изменения скорости фрезерования, При малых скоростях резания регистрируют один (фиг. 1, кривая 1) источник сигналов. С увеличением скорости резания появляется еще один источник (фиг. 1, кривая 2). На больших скоростях резания регистрируют три источника (фиг. 1, кривая 3) сиг-. налов АЭ, При этом меняется как мода источников, так и число импульсов, характерирующих источники. При увеличении подачи и глубины резания тенденция изменения характера кривой

И = Г (А) имеет ту же закономерность.

С увеличением пластических свойств обрабатываемых материалов третий источник появляется на более высоких скоростях резания. Исходя из экспериментальных данных можно предположить, что третий источник характеризует процесс разрушения обрабатываемого материала.

При этом сигналы АЭ генерируются .эа счет образования, роста и слияния микротрещин в магистральные трещины по плоскостям сдвига. При уменьшении глубины резания t с 0,5 до

0,01 мм происходит последовательное исчезновение источников 3 и 2 ° Остается только источник 1. После введения в зону резания СОЖ наблюдается уменьшение числа импульсов этого источника в 5-10 раэ. Если предположить, что источник I характеризует процессы трения инструмента с обрабатываемым материалом, а источниками воли напряжений (ВН) являются со1О

45 дарения микронеровностей и адгеэион. ное схватывание, тогда становится объяснимо влияние СОЖ на значительное уменьшение числа импульсов источника 1, На фиг, 2 показано влияние СОЖ на кривую распределения N

=Г (А) сигналов АЭ. СОЖ, с одной стороны, за счет смазывающего действия уменьшает коэффициент трения инструментального и обрабатывающего материала, о чем свидетельствует уменьшение числа импульсов источника трения (1, фиг. 2), а с другой стороны, за счет снижения температуры эоны резания увеличивает работу, необходимую на пластическое деформирование и разрушение (2 и 3, фиг. 2) обрабатываемого материала.

На фиг, 3 показано изменение кривой N = Г (А) при обработке различных по физико-механическим свойствам трех материалов на одинаковых режимах резания.

В качестве материала выбрана сталь

ЗОХГСА. Получены три источника: 1 трение; 2 — пластическое деформирование; 3 — разрушение (кривая 2).

Для меди (кривая 1) на этих же режимах резания характерны только трение и пластическое деформирование. Источник разрушения не проявляется.

Наоборот, для хрупкого материала (70 Г) характерно слабое пластическое деформирование и интенсивные процессы хрупкого разрушения (кривая 3).

Следовательно, регистрируемые источники можно характеризовать модой распределений и площадью источника (общее число импульсов). При этом по энергоемкости источники расположены в следующем порядке: трение, пластическое деформирование, разрушение. Источниками трения являются процессы соударения микронеровностей и адгезионного схватывания, источниками пластического деформирования — движение дислокаций, источниками разрушения — рост трещин.

Амплитудный анализ сигналов АЭ позволяет идентифицировать источники сигналов АЭ при обработке материалов как на макро-, так и на микроуровнях (макроуровень — это трение, пластическое деформирование, разрушение; микроуровень — это разделение, например, процесса трения на те же составляющие).

1210994

hf 10

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 583/16 Тираж 1000 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Строя графическую зависимость

N = f (А), выделяют участок с явно выраженными экстремумами и устанавливают зависимость изменения площади под указанными участками от паЮ 30 О050 60

Qua,Я раметров процесса резания, в качестве оптимальнык принимают параметры, которым соответствуют минимальные значения площади под этими участками.

Я И gg ХО И 70 4

Nun,3

Составитель Г ° Баринов

Техред Л.Микеш Корректор Л. Пилипенко