Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании



Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании
Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании

 


Владельцы патента RU 2549907:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Способ относится к исследованиям деформации материала в процессе механической обработки резанием. Деформируемую в процессе резания поверхность образца освещают когерентным монохроматическим излучением. Процесс деформации регистрируют цифровой монохроматической камерой. Формируют опорные точки на изображении. Проводят сравнение двух последовательных кадров видеозаписи. В результате получают характеристики перемещения точек деформируемого материала в зоне стружкообразования. По измеренным перемещениям определяют характеристики деформации. Технический результат - возможность определения деформации материала образца при перемещении в реальном времени. 8 ил.

 

Изобретение относится к способам исследования деформации материала в процессе механической обработки резанием.

Известен способ определения деформации материала с применением делительных сеток (см. Гольдшмидт М.Г. Деформации и напряжения при резании металлов. Томск: изд. STT, 2001. 180 с.; также см. Полетика М.Ф. Теория резания. Часть I. Механика процесса резания. Томск: изд. ТПУ, 2001. 202 с.), которые наносят на поверхность образца царапанием, нанесением покрытий, вдавливанием индентора. Образцы для исследований набирают из двух пластин, а нанесенная сетка располагается в среднем сечении. Информацию о распределении деформаций в зоне резания получают из анализа деформированной сетки после получения корня стружки.

Способ ограничен в применении вследствие анизотропии исследуемых материалов, от которой зависит размер базовой сетки и точность измеряемых величин. Для некоторых материалов невозможно применение данного метода из-за характера структуры и размера зерен (например, сталь 40, Х17Н132М2Т). Трудоемким является процесс измерения произошедшей деформации по деформированной сетке из-за значительной неоднородности пластической деформации в зоне резания. Этим способом невозможно оценить изменение деформации в процессе обработки.

Известен способ исследования деформации режущего инструмента в процессе резания (пат. РФ №2436039, G01B 11/16, опубл. 10.12.2011), в котором предварительно на заготовке делают с необходимым шагом поперечные пазы, а боковую поверхность материала режущей, части инструмента полируют. Затем освещают боковую полированную поверхность инструмента пучком когерентного монохроматического излучения, формируют интерференционную картину, непрерывно регистрируют изменения интерференционных картин. Далее осуществляют процесс резания на интересующих режимах, а составляющую деформации от силовых нагрузок определяют путем пересчета разности порядков интерференционных полос, прошедших через расчетные сечения на интерференционных картинах, полученных в процессе резания непосредственно перед поперечным пазом и в момент нахождения режущей части инструмента в пазу.

Способ рассматривает в качестве объекта исследования инструмент, который находится в зафиксированном положении, а не материал заготовки.

Известен способ исследования деформации материала (пат. РФ 2023252, G01N 3/00, G01B 11/16, опубл. 15.11.1994). Испытуемый образец с полированной гранью деформируют в приспособлении для нагружения, которое выполнено в виде пресса с подвижной и неподвижной плитами. На поверхности подвижной плиты, обращенной к неподвижной плите, устанавливают зеркало. Освещают зеркало и полированную грань образца пучком излучения лазера. Формируют интерференционные картины посредством двуплечевых интерферометров, в рабочих плечах которых располагают соответственно зеркало и зеркально-полированную грань образца. Регистрируют деформации и определяют модули упругости и коэффициента Пуассона путем счета чисел интерференционных линий. При этом в качестве зеркала используют полированную поверхность подвижной плиты.

Способ использует оптическую схему, которая требует точной настройки расположения зеркал для обеспечения работы двуплечих интерферометров, в рабочих плечах которых располагают соответственно зеркало на подвижной плите пресса и зеркальную поверхность образца. Данный способ предназначен для исследования только одностороннего сжатия.

Известен способ определения деформаций диффузно отражающих объектов (пат. РФ 2289098, G01B 15/06, G03H 1/22, опубл. 10.12.2006). Способ заключается в изготовлении двухэкспозиционной голограммы объекта по внеосевой схеме, восстановлении с голограммы интерферирующих волновых полей неразведенным когерентным излучением со стороны исследуемого объекта. Регистрация интерференционной картины производится в направлении исходного опорного пучка.

Данный способ технически сложнее, поскольку необходимо изображение, полученное на голограмме, дополнительно восстанавливать.

Известен способ исследования деформации режущего инструмента в процессе эксплуатации (пат. РФ 2086914, G01B 11/16, опубл. 10.08.1997). Боковую грань инструмента освещают лазером и по интерференционной кинограмме контролируют деформацию. Указанную грань покрывают серебром для повышения отражающих свойств.

Способ рассматривает в качестве объекта исследования инструмент, который находится в зафиксированном положении, а не материал заготовки.

Задачей настоящего изобретения является определение степени деформации материала образца в зоне стружкообразования в процессе резания.

Поставленная задача достигается тем, что при неподвижном положении резца и перемещающемся образце боковую поверхность резца и исследуемого образца в процессе резания освещают источником когерентного монохроматического излучения. После чего перемещение деформируемого материала образца регистрируют с помощью монохроматической цифровой видеокамеры. Из полученной видеозаписи выбирают два последовательных кадра и сравнивают их изображения. Затем по измеренным перемещениям опорных точек в выбранной координатной сетке определяют характеристики деформации материала образца в зоне стружкообразования.

Отличительным признаком является то, что объектом исследования является зона стружкообразования, которая формируется в процессе механической обработки резанием.

Техническим результатом является возможность определения векторов перемещений материала в зоне стружкообразования с выбранным шагом координатной сетки в реальном времени.

Описанный технический результат достигается применением метода корреляции цифровых изображений, полученных при подсветке боковой поверхности исследуемого образца когерентным монохроматическим излучением с помощью цифровой видеокамеры, в процессе механической обработки резанием.

На фиг.1 показана схема способа определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании.

На фиг.2 показана схема формирования векторного поля деформации в исследуемой области.

На фиг.3 отображено векторное поле деформации в зоне стружкообразования.

На фиг.4 показаны области равного перемещения деформируемого материла в зоне стружкообразования.

На фиг.5 показаны линии равного поворота вектора перемещения деформируемого материла в зоне стружкообразования.

На фиг.6 отображены относительные деформации εхх материла образца в зоне стружкообразования.

На фиг.7 отображены относительные деформации εхх материла образца в зоне стружкообразования.

На фиг.8 отображены относительные сдвиги γху материла образца в зоне стружкообразования.

На фиг.1 показана схема способа определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании. Исследуемый образец 1, в виде диска, закрепляется на оправке. Резец 2 устанавливают на необходимую глубину резания. Настройку оптической системы производят таким образом, чтобы боковая поверхность исследуемого образца находилась в предметной плоскости видеокамеры. Осуществляют перемещение образца со скоростью резания V=13 мм/мин. Зону стружкообразования освещают когерентным монохроматическим излучением лазерного модуля с коллиматором 3. Изображение непрерывно регистрируют цифровой монохроматической видеокамерой 4 с частотой 25 кадров в секунду и передают на персональный компьютер 5 (см. фиг.1). Это позволяет сформировать на цифровых изображениях опорные точки с определенным размером, зависящим от матрицы цифровой видеокамеры, и разной контрастностью.

Из полученной видеозаписи выбирают два последовательных кадра. На выбранных кадрах формируют координатную сетку с заданным шагом.

На фиг.2 показана схема формирования векторного поля деформации в исследуемой области. Вектор перемещения элементарной ячейки определяется фиксированием картины контрастных точек в выбранной ячейке текущего кадра, поиском аналогичной картины контрастных точек в соседних ячейках на последующем кадре и определением величин изменения координат.

На фиг.3 отображено векторное поле деформации в зоне стружкообразования, которое дает наглядное представление о величине и направлении перемещения деформируемого материала образца.

Свободное точение дисков из меди M1 диаметром 160 мм осуществлялось на специально сконструированной экспериментальной установке, со скоростью резания V=13 мм/мин отрезным резцом - Т5К10 с плоской передней поверхностью и передним углом γ=0°. После установления процесса врезания с целью обработки результатов берут два последовательных кадра, которые соответствуют временному интервалу в 0,04 с. По итогам анализа взятых изображений сформированы две матрицы перемещений точек с шагом сетки 0,12 мм по вертикальной V и горизонтальной координате U.

Величина суммарного перемещения определена путем сложения векторов: V S = U + V

где V - вектор перемещения по вертикальной координате, мкм;

U - вектор перемещения по горизонтальной координате, мкм.

Угловую характеристику W, определяющую направление суммарного вектора, рассчитывают по формуле: W = a r c t g ( v u )

где U и V - проекции вектора перемещения на координатные оси.

Одинаковые значения векторов в пределах ± 0,5 мкм на графическом отображении соединяют плавными линиями и формируют области равного перемещения (см. фиг.4). Значения углов, определяющих направление суммарного вектора с погрешностью ± 30', также соединяют плавными линиями равного поворота (см. фиг.5) вектора перемещения.

С использованием компонент векторов перемещений по координатам определяют относительные деформации εхх по формуле εxx=dU / dx (см. фиг.6), εуу по формуле εуу=dV/dy (см. фиг.7) и относительные сдвиги γху по формуле γ x y = 1 2 ( d U / d y + d V / d x ) (см. фиг.8),

где U и V - проекции вектора перемещения на координатные оси.

х и у - размеры базы координатной сетки.

Полученные данные позволяют наглядно представить результаты экспериментов, отслеживать развитие деформации во времени и определить границы области деформации в зоне резания. Они являются исходным материалом для совершенствования технологических процессов изготовления деталей машин с достижением заданной точности и высокой производительности механической обработки за счет конструирования прогрессивных конструкций металлорежущих инструментов и назначения оптимальных режимов резания.

Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании с неподвижным положением резца и перемещающимся образцом, отличающийся тем, что боковую поверхность резца и исследуемого образца в процессе резания освещают источником когерентного монохроматического излучения, регистрируют перемещение деформируемого материала образца с помощью монохроматической цифровой видеокамеры и затем при сравнении изображений двух последовательных кадров по измеренным перемещениям опорных точек в выбранной координатной сетке определяют характеристики деформации материала образца в зоне стружкообразования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля состояния летательных аппаратов в процессе эксплуатации. Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата содержит датчики технического состояния лопастей винта вертолета или консолей крыла самолета и блок-регистратор, размещенный на их борту.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и касается способа диагностирования состояния конструкции. Способ включает в себя формирование на участке вероятного возникновения дефекта конструкции датчика.

Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования механических напряжений и деформаций в деталях машин и элементах конструкций и может быть использовано для определения пластических деформаций изделия в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности. Способ осуществляют следующим образом.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.

Изобретение относится к области разработки, производства и монтажа строительных конструкций преимущественно из бетона, покрытого армирующим композиционным материалом.

Изобретение относится к приспособлениям для регистрации сигналов с набора волоконно-оптических брэгговских датчиков системы встроенного неразрушающего контроля (ВНК) объекта.

Изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и предназначено для исследования деформационных свойств легкодеформируемых материалов типа тканей и трикотажных полотен.

Изобретение относится к приборостроению для легкой и текстильной промышленности и предназначено для исследования свойств легкодеформируемых высокоэластичных материалов, преимущественно трикотажных полотен.

Изобретение относится к области управления промышленной безопасностью и технической диагностики, в частности к контролю напряженно-деформированного состояния таких объектов, как сосуды, аппараты, печи, строительные конструкции, трубопроводы, находящихся под действием механических и/или термомеханических нагрузок, с использованием анализа распределения температурных полей на поверхности объекта и связанного с ними распределения механических напряжений.

Изобретение относится к способам оперативного диагностирования деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в эксплуатации и может быть использовано для выявления появляющихся дефектов изделий, агрегатов, узлов и деталей в авиакосмической, авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к способу бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве. При реализации способа на поверхности объекта выделяют одну и/или более обособленную зону, для которой можно заранее составить несколько разных упрощенных математических параметрических моделей на основании заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта, характеризующих форму, положение, движение, деформацию. Наносят маркеры на поверхность объекта, группируя по обособленным зонам в обособленные группы. Далее регистрируют изображения центральной проекции указанных маркеров. И на их основании с учетом заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта и с использованием методов многомерной минимизации расхождений определяют искомые геометрические параметры объекта. Технический результат - повышение точности и достоверности измерений геометрических параметров объекта при использовании одной камеры, особенно в условиях стесненного окружающего пространства и ограниченного оптического доступа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к устройствам измерения распределения температуры, в котором оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента, а именно является чувствительным элементом распределенного датчика температуры, в котором используется способ, основанный на явлении вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ), возникающего в оптическом волокне. Волоконно-оптический сенсор для систем мониторинга распределения температуры на основе регистрации параметров вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна содержит, по меньшей мере, один оптический модуль, состоящий из трубки, включающей, по меньшей мере, одно, свободно уложенное с ней, кварцевое оптическое волокно. Волокно имеет механически связанную с ним оболочку, а коэффициент продольного линейного теплового расширения оптического волокна в оболочке не менее чем в сорок раз превышает коэффициент линейного теплового расширения кварцевого стекла. Техническим результатом является повышение чувствительности сенсора температуры повышенной чувствительности. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для диагностики технического состояния надземных переходов магистральных трубопроводов, а также автоматического восстановления геометрии трубы надземного перехода по результатам диагностики. Целью настоящего изобретения является повышение информационной эффективности существующих систем мониторинга надземных переходов магистральных трубопроводов, в том числе получение информации о реальном изменении геометрии трубы надземного перехода с одновременной ее корректировкой, для поддержания уровня НДС в заданных пределах, с помощью саморегулируемых опор, что приведет к снижению вероятности возникновения аварийных ситуаций. Интерактивная система мониторинга технического состояния магистрального трубопровода на участках надземных переходов содержит аппаратно-программный комплекс, измерительный блок с датчиками уровня напряженно-деформированного состояния и диспетчерское оборудование. Дополнительно содержит систему оптического наблюдения за геометрией трубопровода, саморегулируемые опоры, и дополнительный блок к аппаратно-программному комплексу, отвечающий за автоматическое регулирование вышеуказанных опор. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложена конструкция тензометрического преобразователя, включающего нагрузочный элемент цилиндрической формы с разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, и закрепляемый на контролируемом объекте, размещенный в нем пьезооптический преобразователь, состоящий из закрепленного в заведомо нагруженном состоянии фотоупругого элемента (ФЭ) с системой преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал и блока обработки сигнала, причем фотоупругий элемент имеет в плане крестообразную форму, фронтальные поверхности которого, параллельные направлению измеряемых усилий, являются оптически плоскими, а боковые поверхности ФЭ имеют постоянный и/или переменный радиус кривизны, при этом пьезооптический преобразователь имеет собственный корпус, который представляет собой цилиндр диаметром меньше, чем внешний диаметр ФЭ, и в котором выполнены отверстия, сквозь которые торцы боковых поверхностей ФЭ выступают за внешние габариты цилиндра, а в нагрузочном элементе напротив этих выступов на уровне размещения ФЭ выполнены четыре сквозных резьбовых отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и под углом 90 градусов относительно друг друга, под винты, обеспечивающие изначальную силовую нагрузку на ФЭ, при этом система преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал пьезооптического преобразователя включает механизмы вращения поляризатора и четвертьволновой пластины. Технический результат - упрощение конструкции, повышение ее надежности и точности измерения деформаций, уменьшение габаритов - достигается за счет того, что создание изначальной силовой нагрузки на ФЭ в двух взаимно ортогональных направлениях осуществляется контролируемым способом, пьезооптический преобразователь имеет собственный унифицированный корпус и может быть использован с нагрузочными элементами разных конструкций, при этом габаритный размер пьезооптического преобразователя в плоскости измеряемых напряжений не превышает размер ФЭ. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к средствам измерения относительной продольной деформации на поверхности материальных тел. Экстензометр содержит два референтных тела в виде заостренных инденторов, при этом один индентор жестко связан с корпусом прибора, другой установлен с возможностью перемещения, а также систему передачи этих перемещений. В корпусе прибора дополнительно установлены лазер с оптической системой коллимации излучения, фокусирующая линза, фокус которой совпадает с контролируемой поверхностью, светоделительное зеркало, линза, координатно-чувствительный фотоэлектрический преобразователь и арретир для маятника. Подвижный индентор выполнен с оптическим референтным элементом, центр кривизны которого совмещен с острием индентора и с контролируемой поверхностью, и жестко установлен на шарнирно подвешенном в верхней части корпуса маятнике. Между подвижным и неподвижным инденторами подвешен электромагнит. Сущность: расстояние «А» между острыми кромками двух инденторов измеряют до установки на поверхность. Маятник арретируют, подключают источник света, мнимый фокус луча которого совмещают с острием подвижного индентора, при этом изображение фокальной точки лазерного луча, отраженного от сферического зеркала, с оптическим увеличением «К» фокусируют в положении, соответствующем среднему положению светового пятна на координатно-чувствительном фотоэлектрическом преобразователе, и регистрируют условно нулевую координату «Б» энергетического центра светового пятна. В заарретированном состоянии устанавливают экстензометр на деформируемую поверхность и разарретируют маятник, далее поджимают маятник с подвижным индентором и сферическим зеркалом к деформируемой поверхности посредством электромагнита. Регистрируют координату энергетического центра светового пятна «В», нагружают деформируемую балку и регистрируют координату энергетического центра светового пятна «Г». Относительную продольную деформацию вычисляют по формуле. Технический результат: повышение степени точности определения координат выбранных базовых точек, точности измерения расстояния между острыми кромками инденторов и их взаимных перемещений из-за деформации поверхности, в том числе с учетом структурной неоднородности деформируемого материала. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области геодезического контроля вертикальных цилиндрических резервуаров. В заявленном способе определения величин деформаций стенки резервуара производят сканирование внешней поверхности резервуара при помощи наземного лазерного сканера. Определяют пространственные координаты по осям X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности резервуара в условной системе координат. Выполняют регистрацию сканов между собой, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку сканов к заданной системе координат. Передают полученную цифровую информацию в компьютерную программу, производят построение цифровой точечной трехмерной модели внешней поверхности стенки резервуара, далее выполняют развертывание полученной объединенной цифровой точечной трехмерной модели на плоскость, получают развертку в виде плоской точечной модели поверхности, в которой координата Z показывает удаление любой точки от вертикальной оси вышеупомянутого резервуара, а также взаимное отклонение от вертикали между точками, выполняют построение карты деформаций боковой поверхности стенки резервуара в виде изолиний, оценивают характер и величину деформаций стенки резервуара путем сравнения фактических значений деформаций стенки по оси Z с требованиями нормативных значений. Технический результат - повышение точности и достоверности определения величин деформаций стенки резервуара вертикального цилиндрического. 1 ил.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов оптических преобразователей деформаций спектрального типа. В заявленном способе изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации на поверхности упругого элемента располагают нефоточувствительное оптическое волокно и наносят слой оптически-прозрачного нефоточувствительного стеклокристаллического материала, сборку из упругого элемента, оптического волокна и стеклокристаллического материала помещают в печь, где производят пайку соединения металл-стекло. Далее извлекают из печи и остужают со скоростью не более 5-8°C/мин в структуре нефоточувствительного оптического волокна, покрытого слоем затвердевшего оптически-прозрачного нефоточувствительного стеклокристаллического материала. При этом в зоне максимальной деформации упругого элемента формируют решетку Брэгга, а материалы конструктивных составляющих чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации выбирают с близкими значениями коэффициента температурного расширения. Технический результат - упрощение технологии изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации и повышение точности спектрального преобразования. 2 ил.

Изобретение относится к определению напряженно-деформированного состояния металлических конструкций высокорисковых объектов нефтяной, газовой и химической отраслей промышленности, систем транспорта и переработки нефти и газа с помощью тензочувствительных хрупких покрытий, что позволяет получить наглядную картину наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки и прочности потенциально опасных объектов. Хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений выполнено из смеси эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина (ПЭПА) и фреона-26 при следующем соотношении компонентов, мас. %: смола 20-60, отвердитель 1-3, фреон 79-37. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности ранней диагностики и увеличение чувствительности метода. 1 табл.
Наверх