Способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования контакта взаимодействующих поверхностей, например матриц и пуансонов, алмазного инструмента и детали, а также тел с эластичным покрытием. Способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел заключается в том, что помещают термопластическую пленку между взаимодействующими поверхностями, нагревают ее, прикладывают давление к взаимодействующим поверхностям. Затем измеряют глубину микрорельефа отпечатка и величину регулярной оптической плотности пленки. После этого извлекают пленку и осуществляют планиметрирование полученного отпечатка. Причем предварительно на поверхность пленки наносят микрорельеф, например "морозный". Прикладывают давление к взаимодействующим поверхностям при температуре ниже температуры стеклования материала термопластической пленки. Техническим результатом является повышение информативности и точности измерения площади контакта, размера зазора между поверхностями взаимодействующих тел.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования контакта поверхностей взаимодействующих матрицы и пуансона, алмазного инструмента и детали, а так же тел с эластичными поверхностями.

Известен способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел, состоящй в использовании для измерения зазора рельефографической матрицы, размещаемой между термопластической пленкой и деталью так, что ее рельефографическая поверхность контактирует с пленкой и измеряет величину регулярной оптической плотности пленки (см. А.с. СССР N 1399643 по МКИ⁴ G 01 B 5/26, 1986 г.).

Недостатком данного способа является относительно малая производительность процесса, связанная с необходимостью отверждения рельефографической поверхности матрицы и невозможностью измерения зазоров порядка 2 - 3 мкм, т. к. толщина пленки рельефографической матрицы и термопластической пленки в сумме составляют не менее 20 мкм и, кроме того, нагрев пленок ведет к искажению достоверности информации Известен способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел (см. А.с. СССР N 846994 по МКИ⁴ G 01 B 5/26, 1979 г.), состоящий в том, что термопластическую пленку помещают между этими поверхностями, нагревают до температуры, превышающей температуру стеклования на 10 - 15^oC, прикладывают давление к взаимодействующим телам и охлаждают пленку до ее стеклования и после извлечения пленки осуществляют планиметрирование полученного отпечатка.

Недостатками данного способа являются недостаточная информативность его в связи с тем, что на прозрачной пленке остаются после замера разводы границ контакта и нет информации об изменении величины зазора в каждой его точке. Кроме того, нагрев до температуры стеклования термопластической пленки ограничивает возможности способа, т.к. невозможно замерять зазор для материалов, у которых температура плавления ниже температуры стеклования термопластической пленки, а нагрев поверхностей взаимодействующих тел ведет к увеличению площади контакта за счет увеличения общей площади в результате термической деформации поверхностей.

Задачей данного изобретения является повышение информативности и точности измерения способа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел, заключающемся в том, что помещают термопластическую пленку между взаимодействующими поверхностями, нагревают ее, прикладывают давление к взаимодействующим поверхностям, измеряют глубину микрорельефа отпечатка и величину регулярной оптической плотности пленки, извлекают пленку и осуществляют планиметрирование полученного отпечатка, причем предварительно на поверхность пленки на носят микрорельеф, например "морозный", прикладывают давление к взаимодействующим поверхностям при температуре на 0 - 20^oC ниже температуры стеклования материала термопластической пленки при одновременном измерении величины регулярной оптической плотности.

Способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел состоит в том, что на термопластический носитель (например, типа НТ-Р по ТУ ЫУО 341.004) методом теснения с рельефографической матрицы, "сшитой" актиничным излучением, на регистрирующую его сторону переносят микрорельеф (например, "морозный"), в результате чего поверхность его становится матовой, затем термопластический носитель вместе с подложкой устанавливают между взаимодействующих поверхностей, при этом давление постоянно, а температуру нагрева выбирают равной температуре стеклования термопластического слоя носителя. Учитывая, что релаксационные процессы в термопластическом слое носителя начинаются при температуре на 20 - 25^oC меньше температуры стеклования, то при этой температуре и том же давлении происходит смятие микрорельефа, точнее его гребешков, которые в зависимости от изменения величины зазора между взаимодействующими телами полностью размещаются во впадинах микрорельефа, или же не до конца заполняют данный микрорельеф, что, в свою очередь, изменяет величину регулярной оптической плотности. Замеренная непосредственно после окончания процесса взаимодействия и при той же температуре величина регулярной оптической плотности и ее изменение дает картину распределения величины зазора между контактирующими поверхностями, и точную величину контактирующей поверхности даже при визуальном контроле. Данный способ позволяет контролировать зазор до 2 мкм, т.к. в случае, если величина зазора меньше носителя НТ-Р (толщина δ = 20 мкм), то достаточно снять термопластический слой (толщина δ₁ = 3 мкм), т.к. величина адгезии между подложкой и термопластическим слоем позволяет снять последний без нарушения его и проделать все операции в той же последовательности, но температура нагрева взаимодействующих тел в этом случае может быть снижена по сравнению с температурой стеклования на 20^oC, т.к. в таком случае заполнение микрорельефа идет более быстро за счет закатывания его при повышенном давлении и в меньшей степени за счет перетекания термопластического материала.

В процессе экспериментов выяснилось, что исследуемый материал обладает эффектом памяти, причем он проявляется в течение 6 - 24 ч, в зависимости от окружающей температуры, поэтому целесообразно проводить замер регулярной оптической плотности не менее чем через 6 ч после окончания процесса взаимодействия тел.

Примеры конкретного выполнения: Пример 1 Данный способ был исследован при определении величины зазора между прокатными валками стана для получения пленки-подложки для рельефографических матриц ФТПН МР (ТУ ЫУО 341.006) толщиной δ = 40 мкм ± 2 мкм. Валки вводились в соприкосновение, и между ними прокатывалась термопластическая пленка с НТ-Р (ТУ ЫУО 341.006) толщиной 3 мкм с нанесенным на нее микрорельефом глубиной 0,8 - 1,2 мкм. При прокатке с давлением p = 5 кг/см², температуре t= 36^oC и скорости прокатки ν = 0,1 м/мин выявилось, что валки имеют бочкообразность, т. к. края остались покрыты "морозным" изображением, кроме того поверхность одного из валков имеет волнистую структуру с глубиной волны до 3 мкм Пример 2 Аналогичный эксперимент был проведен и для термопластического носителя НТ-Р (ТУ ЫУО 341.006) с толщиной подложки δ = 20 мкм, и термопластическим слоем толщиной δ₁ = 3 мкм. При скорости прокатки ν = 0,1 м/мин, давлении p = 5 кг/см² и температуре t=t_{стеклоплавления}= 76,2^oC площадь контакта для тех же валков полностью совпала с предыдущим экспериментом, но на 3-6% меньше за счет демпфирования колебания валков подложкой носителя и относительно большей скоростью прокатки, но данная установка не обеспечивает меньшей скорости.

Пример 3 Аналогичные исследования при температуре t = 86^oC, т.е. на 10 ± 2^oC выше температуры стеклования, результатов не дали, т.к. термопластическая пленка налипла на материал валка и удалить ее без повреждения было невозможно.

Ошибка при измерении регулярной оптической плотности в одних и тех же точках пленок при температуре прокатки практически одинаковы для 1 и 3 случаев, за вычетом в 3-м случае величины оптической плотности подложки, а по сравнению с комнатной температурой результаты почти на 6% меньше, чем при замере при температуре прокатки, что объясняется релаксационными процессами в материале термопластического слоя.

Предлагаемый способ позволяет не только повысить информативность, но и ведет к более точным измерениям площади контакта размера зазора между контактирующими поверхностями давления, позволяет использовать один тип носителя для измерения различных по величине зазоров и других дефектов взаимодействующих поверхностей (бочкообразность, конусность и т.п.), а все это позволяет более точно обрабатывать взаимодействующие поверхности, особенно при лекальных работах, а так же в процессе исследовательских работ.

Формула изобретения

Способ определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих тел, заключающийся в том, что помещают термопластическую пленку между взаимодействующими поверхностями, нагревают ее, прикладывают давление к взаимодействующим поверхностям, измеряют глубину микрорельефа отпечатка, величину регулярной оптической плотности, извлекают пленку и осуществляют планиметрирование полученного отпечатка, отличающийся тем, что предварительно на поверхность пленки наносят микрорельеф, например, "морозный", давление прикладывают к взаимодействующим поверхностям при температуре ниже температуры стеклования материала термопластической пленки.