Способ контроля структурной неоднородности поверхностного слоя детали

 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля качества материалов и изделий, основанным на регистрации и анализе сигналов акустической эмиссии. Целью изобретения является повышение производительности контроля за счет выбора траектории сканирования. Способ заключается в сканировании индентором поверхности детали и регистрации амплитуды сигнала акустической эмиссии, генерируемой в зоне контакта индентор - поверхность детали. При этом радиус кривизны индентора, линейная скорость сканирования , шаг сканирования и нагрузка на индентор устанавливаются с учетом обеспечения наибольших производительности, чувствительности контроля и сохранения эксплуатационных свойств поверхностного слоя детали. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s G 01 N 29/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ 4 (л)

О (Л

Ф (21) 4809890/28 (22) 19,02.90 (46) 30.04,92. Бюл. N. 16 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А.П.Брагинский, Г.Г.Григорьян, Д.Г. Евсеев, Б.М.Медведев, О.Н.Самохин и Л.В.Черневский (53) 620,179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N503173,,кл. G 01 N 29/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N1326985,,кл. G 01 N 29/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 789739, кл. G 01 N 29/04, 1980. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТРУКТУРНОЙ

Н ЕОДН ОРОДНОСТИ ПО В ЕРХНОСТНОГО

СЛОЯ ДЕТАЛИ

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля качества материалов и изделий, основанным на регистрации и анализе сигналов акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано, в частности, в подшипниковой промышленности для контроля колец подшипников качения на предмет обнаружения шлифовочных прижогов.

Известны способы контроля структуры материала, основанные на воздействии индентором на поверхность исследуемого объекта и измерении параметра сигнала АЭ.

Они позволяют получать лишь интегральную оценку твердости, хрупкости и структуры материала, а структурные неоднородности поверхностного слоя не регистрируются.

»5U 1730574 А1 (57) Изобретение относится к методам неразрушающего контроля качества материалов и изделий, основанным на регистрации и анализе сигналов акустической эмиссии.

Целью изобретения является повышение производительности контроля за счет выбора траектории сканирования, Способ заключается в сканировании индентором поверхности детали и регистрации амплитуды сигнала акустической эмиссии, генерируемой в зоне контакта индентор— поверхность детали. При этом радиус кривизны индентора, линейная скорость сканирования, шаг сканирования и нагрузка на индентор устанавливаются с учетом обеспечения наибольших производительности, чувствительности контроля и сохранения эксплуатационных свойств поверхностного слоя детали.

Известен способ контроля качества изделий, согласно которому вдавливают индентор в материал и измеряют амплитуду сигналов акустической эмиссии, по величине которой судят о контролируемом параметре.

Недостатками этого способа являются низкие производительность и достоверность контроля, поскольку он не позволяет достаточно быстро обследовать всю поверхность детали, воздействие индентором осуществляется лишь в отдельных точках поверхности, и локальные структурные неоднородности поверхностного слоя детали остаются невыявленными.

Цель изобретения — повышение производительности контроля цилиндрических деталей. Поставленная цель достигается

1730574 тем, что на поверхность детали воздействуют индентором и регистрируют амплитуду сигналов акустической эмиссии, по которым судят о контролируемом параметре, воздействие индентором на поверхность детали осуществляют при их относительном перемещении, а линейную скорость ч перемещения, радиус 14 кривизны индентора и шаг s перемещения в направлении, перпендикулярном направлению линейной скорости, устанавливают из соотношений: йи 66,67 1о /Ra; ч (В+ Iо)/7;

4 р /з . 3 (Еи+Ед)/Ги Ед ра . Т;;=|;; — -;; — . где Io — минимальный размер области структурной неоднородности поверхности,мм;

R> — номинальная величина параметра шероховатости пове хности детали, мкм;

В=0,122 Я R, мм; г — время интегрирования сигнала акустической эмиссии, с;

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

R<, Яг — радиусы кривизны поверхности сканирования детали, м (энак "+" берется при сканировании внешней поверхности, знак "-" — при сканировании внутренней поверхности);

v< — коэффициент кривизны, определяемый по таблицам в зависимости от Ки, R< и

Rz;

P — нормальная нагрузка на индентор, исключающая повреждение поверхности в процессе контроля Н.

Способ осуществляется путем перемещения индентора по поверхности детали при условиях, исключающих ухудшение ее эксплуатационных свойств из-за царапания или наклепа, и регистрации амплитуды сигнала АЭ, генерируемой в зоне контакта индентор — поверхность детали. 3а счет различия 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 изобретения является то, что воздействие индентора на поверхность детали осуществляется при их относительном перемещении и при этом параметрами процесса сканирования являются постоянные для данной детали: линейная скорость v относительного перемещения и < 66,67 1о /Ra

Та < 4 z = (В + 1о)/v (2) 40

Нормальная нагрузка на индентор P должна быть меньше критической нагрузки Рс, приводящей к наклепу и ухудшению эксплуатационных свойств поверхностного слоя

50 детали. Она устанавливается экспериментально как минимально допустимая нагрузка, при которой при сканировании поверхности детали с линейной скоростью

V v> не происходит потеря контакта ин55 дентора с деталью иэ-за динамических возмущений, вызванных макро- и микрогеометрическими отклонениями детали.

Шаг перемещения s индентора определяется как размер площадки контакта от упругого внедрения индентора в деталь перпендику5

20 индентора, шаг s смещения индентора по поверхности детали в направлении, перпендикулярном направлению линейной скорости, нормальная нагрузка P на индентор, радиус Ви кривизны индентора в месте его контакта с поверхностью детали. В результате расчетов установлено, что для повышения производительности и обеспечения необходимой чувствительности к обнаружению структурных неоднородностей размер площадки контакта упругого внедрения сферического индентора в поверхностный слой детали (В) должен быть равен В =

=0,(22уЯ„c (о где lo — минимальныи размер области структурной неоднородности поверхности, способный обнаруживаться аппаратурой АЭ-контроля с данной разрешающей способностью, отсюда радиус кривизны индентора устанавливается как ближайший к оценке: где Ra — номинальная величина параметра шероховатости поверхности детали, мкм.

Линейная скорость сканирования ч определяется исходя из того, чтобы время АЭ-излучения от структурного дефекта с размером в направлении вектора V равным Iо, было больше времени интегрирования та аппаратуры АЭ-контроля. Время излучения h r определяется как время взаимодействия площадки контакта, образуемой при упругом вдваливании индентора в деталь, с областью дефекта размером Iо в направлении

К Поэтому откуда максимально допустимая скорость сканирования чп равна

vn = (В + 1о)l а (3) 1730574

10 где Еи, Ед — модули упругости индентора и детали, МПа;

В1, R2- радиусы кривизны поверхности Я д сканирования детали (знак "+" берется при сканировании внешней, а знак "-" — при сканировании внутренней поверхности детали), м; д и — коэффициент кривизны, определяемый по таблицам в зависимости от Rg, R1 и

R2. и

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Проводился контроль наличия структурной неоднородности по наружной поверхности наружных колец подшипников типа 116Л . Ra = 350 мкм (по2 перек рисок) диаметр сканируемой цилиндрической поверхности кольца 0 = 125 мм, постоянное тз = 100 мкс. Исходя из этих данных определено условие R>< 66,67 х . х 0,15 /0,350 = 4,29 мм (было принято, что lg з

= 0,15 мм, что соответствует минимальному размеру прижогов, обнаруживаемых при травлении). Индентором являлся стандартный выглаживатель из синтетического алмаза с радиусом R> = 4 мм. Размер В по расчету равен В=0,122VPg Ра =0,14мм,поэтомуvn

= (0,14+ 0,15)/100 10 = 2943,5 мм/с, частота вращения кольца (максимально допусти40 щ мая) п = 60 vn/ лО = 60.2943,5 (3,14.125) =

450 об/мин, Критическая нагрузка Рс = ЗН м установлена экспериментально. Процедура выбора фактических P и ч состояла в.следуГ ющем. Кольцо устанавливалось в патроне

45 и токарно-винторезного станка 16К20, к нему м подводился индентор, укрепленный в суппорте на упругом прижиме с жесткостью

6240 Н/м, до соприкосновения с кольцом. 50 р

Контроль постоянства контакта проводился по методу электросопротивления. Скорость к сканирования ч варьировалась установкой числа оборотов шпинделя. Сначала была установлена величина и =400 об/мин, нагрузэ ка на индентор повышалась от 0 до той, при

55 м которой достигается постоянство контакта, и эта величина сопоставлялась с Рс, Нагрузст ка задавалась поворотом винта поперечной подачи с учетом известной жесткости прии лярно направлению вектора V с учетом обеспечения сканирования всей поверхности без пропусков и перекрытий следов сканирования от двух последовательных проходов, Он определяется с учетом значе- 5 ний R<,.P и радиусов кривизны поверхности детали:

4 )д 3 (Еи + Ea) Eè Ea ",3

3 2 2Р Р 1 R (4) жима. Если она оказалась выше Рс, значение v (число оборотов n) уменьшалось от данного до более низкого, и процедура подбора нагрузки повторяется в обратном направлении — от достигнутого до меньшего значения, при котором имеет место постоянство контакта. Было установлено, что для данного типа колец P = 1 Н, п = 50 об/мин, и s = 0,05 мм/об. Эта величина s принята в качестве продольной подачи суппорта станка. При этих условиях на станке проводился

АЭ-контроль колец подшипников указанноо типа, на которых предполагалось наличие рижогов, Регистрация сигналов АЭ провоилась по следующей схеме. Кольцо вращаось в шпинделе, индентор, прижатый к ему прижимом, сканировал поверхность ольца, перемещаясь в направлении проольной подачи. Сигналы АЭ из зоны контака индентора с кольцом преобразовались в лектрические сигналы преобразователем, рикрепленным к индентору, усиливались в редварительном усилителе, поступали на лок полосовых фильтров, выделяющий спекральные компоненты в полосах частот шириой 10 кГц с центральными частотами 100, 00 и 300 кГц, выбранными с учетом АЧХ ракта регистрации. Сигналы по трем канаам записывались на четырехканальный агнитограф и выводились на печать с поощью печатающего устройства. Для интерретации полученных результатов при аписи сигналов АЭ регистрировались пеиоды вращения кольца с помощью тахоатчика, сигналы от которого записывались а четвертый канал магнитографа одновреенно с сигналами АЭ. При этом фиксироалось положение кольца относительно агнита-возбудителя тахосигналов, находяегося на патроне, и сканирующего инденора. Это позволяло сопоставлять каждую кустограмму за период вращения с данныи о структурном состоянии поверхностноо слоя колец, полученными при оследующем травлении, и с данными о икро- и макрогеометрии детали, снятыми о сканирования, Формула изобретения

Способ контроля структурной неодноодности поверхностного слоя детали, залючающийся в том, что на поверхность етали воздействуют индентором и регистируют амплитуду сигналов акустической миссии, по которой судят о контролируеом параметре, отличающийся тем, о, с целью повышения производительнои контроля цилиндрических деталей, возействие индентором на поверхность етали осуществляют при их относительном еремещении, а линейную скорость ч пере1730574 мещения, радиус R< кривизны индентора и шаг s перемещения в направлении, перпендикуляром к направлению линейной скорости, устанавливают из соотношений: т — время интегрирования сигнала акустической эмиссии. с;

Е, Ед — модули упругости индентора и детали, МПа:

5 R1, R2 — радиусы кривизны поверхности сканирования детали, м, (знак "+" берется при сканировании внешней поверхности, знак "-" — при сканировании внутренней поверхности);

10 и1 — коэффициент кривизны, определяемый по таблицам в зависимости от R, R< и R2

P — нормальная нагрузка на индентор, исключающая повреждение поверхности в

15 процессе контроля, Н.

Ви 66 67 lo /Ra, ч < <(В+ Io)l т.;

4 /з 3 Ь

3 2.з /„ где 1Π— минимальный размер области структурной неоднородности поверхности,мм;

Ra — номинальная величина параметра шероховатости поверхности детали, мкм;

B =0,122 ИГР (4, мм;

25

35

Составитель Г.Гртгорьян

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор M.Òîâòèí

Заказ 1510 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101