WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики В.А. Валетов С.Д. Третьяков ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Санкт-Петербург 2005 УДК 621.81.004.17:620.191.355.001.5 Валетов В.А., Третьяков С.Д. Оптимизация микрогеометрии поверхностей деталей / Учебно-методическое пособие, СПб.: СПб ГУИТМО, 2005. – 28с.

Излагаются теоретические предпосылки оптимизации микрогео- метрии поверхностей деталей и примеры их практической реализации в виде цикла лабораторных работ. Рассматривается практический пример использования непараметрического метода оценки микрогеометрии поверхности для решения задачи оптимизации микрорельефа поверхностей деталей. Приводятся примеры выполнения лабораторных работ по оптимизации микрогеометрии поверхностей деталей приборов.

Пособие предназначено для изучения и практического закрепления материала по дисциплине “Технология приборостроения” студентами факультета точной механики и технологий.

Одобрено на заседании совета факультета точной механики и технологий 13 декабря 2005 г., протокол №5.

© Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2005 © В.А. Валетов, С.Д. Третьяков, 2005 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ И ИХ РАЗВИТИЕ 1.1.ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ К макроотклонениям формы относят единичные, регулярно не повторяющиеся отклонения реальной поверхности от номинальной (выпуклость, вогнутость, конусность и т.д.). Волнистость представляет собой совокупность периодических, регулярно повторяющихся, близких по размерам выступов и впадин, расстояние между которыми значительно больше, чем у неровностей, образующих шероховатость поверхности, и превышает базовую длину L, используемую для оценки шероховатости.

Под шероховатостью поверхности совокупность микронеровностей с относительно малым шагом, образующий рельеф поверхности, рассматриваемых в пределах участка, длина которого равна некоторой длине L. Кроме того, на выступах, образующих шероховатость, имеются ещё более мелкие неровности - субмикрошероховатость.

Следует заметить, что между волнистостью и шероховатостью в настоящее время границу проводят условно. Единственным оправданием такого деления могут служить метрологические соображения, так как пока не существует датчика, который бы объединял в себе большой диапазон измерений (от нескольких миллиметров) с хорошей чувствительностью (до 0,001 мкм и выше). [2] Можно сказать, что макроотклонения - отклонения первого порядка, волнистость - второго порядка, шероховатость - третьего и четвертого порядка, субмикрошероховатость - пятого и шестого.

Форма и размер микронеровностей зависит от кинематической схемы и способа обработки, механических свойств материала и колебаний в системе СПИД.

Субмикрошероховатость в значительной мере определяется структурой обрабатываемого материала и его напряжённым состоянием.

Волнистость образуется главным образом вследствие вынужденных колебаний, возникающих в процессе обработки.

Макроотклонения являются следствием погрешностей, вызванных неточностью изготовления станка и инструмента, а также упругими деформациями, возникающими под влиянием переменной силы резания.

[3] Традиционно для оценки микрогеометрии поверхности пользуются её профилем, представляющим собой сечение поверхности плоскостью, перпендикулярной к этой поверхности и ориентированной в каком-то заданном направлении. Характеристики профиля, отсчитывают по отклонению к средней линии m-m (которая проводится так, чтобы сумма квадратов отклонений от неё точек профиля расположенных выше и ниже средней линии, была минимальной). [4] Через величину наиболее высокой неровности и дно наиболее низко расположенной впадины проводят линии выступов и впадин, параллельные средней линии m-m, рис. 1.

Рис. 1.Шероховатость профиля и его характеристики.

Ra-средне арифметическое отклонение профиля:

n yi L Ra = yx L n Rq - среднеквадратическое отклонение профиля (корень квадратный из суммы квадратов расстояний точек профиля от средней линии):

0.l n 1/l Rq = yi2dx dx (( yi2) / n)0. Rz - высота неровностей (среднее арифметическое абсолютных отклонений находящихся в пределах базовой длины пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов.):

Rz=((h1 +h3 +h5 +h7 +h9)-(h2 +h4 +h6 +h8 +h10))/Rp - высоты сглаживания (расстояние от линии выступов до средней линии в пределах базовой длины).

Rmax - наибольшая высота неровностей профиля (расстояние между линией выступов и линией впадин.

Sm - средний шаг неровностей профиля (средне арифметическое значение длин отрезков средней линии, равных расстоянию между двумя соседними пересечениями её со средней линией, в пределах базовой длинны).

Тр - относительная опорная длина профиля. Исследование волнистости проводили по тем же параметрам, что и шероховатость:

высотным Wmax, Wa, Wz, Wp, шаговым Sw, форме неровностей волн rw, их направлению, опорной длине профиля tw.

1.2. НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ Микрогеометрию случайных нормально распределённых поверхностей, в общем случае, можно описать с помощью трёх (двух) базовых критериев. Однако, среди реальных поверхностей, многие нельзя считать чисто случайными, а последние не всегда являются нормально распределёнными. Поэтому, трудно решить проблему достоверности описания микрогеометрии поверхности с помощью различных комплексных критериев, представляющих различные комбинации из неинформационных критериев.



Поэтому, возникает необходимость лёгкого описания, в производственных условиях, микрогеометрии сложных поверхностей. [2] В общем случае, микрогеометрия поверхности зависит от многих факторов (режимы резания, качество режущего инструмента, исходные свойства заготовки...), поэтому её следует рассматривать как реализацию случайного профиля, тогда профиль реальной поверхности есть реализация случайной функции [2].

Следует заметить, что наиболее полную информацию о профиле содержат плотности распределения ординат и углов наклона, а для приближённой оценки вполне достаточно функций распределения ординат и углов наклона профилей. Для оценки одного функционального свойства достаточно одного из графиков.

Суть метода заключается в практическом использовании графиков функции показанных на рис. 2.

Рассмотрим этот метод на примере.

Исследуем образцы, работающие на износ, при этом их форма постепенно меняется от (а) к (б) также меняется и функция плотности распределения ординат профиля. Однако, испытания показали, что годными являются профили в промежутке от (а) до (к). Тогда, можно построить шаблон, включающий в себя все функции плотности распределения ординат профиля от (а) к (к), рис. 3.

Рис. 2. а) Профиль поверхности; непараметрические критерии оценки; b) плотность распределения ординат безразмерного профиля (-частность, шт.; Rq-среднеквадратическое отклонение, мкм.), c) распределение ординат безразмерного профиля (W-вероятность), d) плотность распределения тангенсов углов наклона профиля, e) распределения тангенсов углов наклона профиля, g) плотность распределения ординат профиля (уотклонение профиля от средней линии, мкм), h) распределения ординат профиля Аналогичным образом, можно построить шаблоны для функции плотности распределения тангенсов углов наклона профиля.

Экспериментальным путём для различных видов обработки конкретных материалов, в определённых условиях, можно получить зависимость между непараметрическими критериями оценки микрогеометрии поверхности и параметрами режимов резания. Что даёт возможность технологу обеспечить требования к микрогеометрии поверхности назначенные конструктором.

Рис. 3. Схема построения шаблона для контроля микрогеометрии поверхности Также, при практическом исследовании следует заметить, что удобнее применять безразмерные профили, получаемые делением его ординат на величину Ra или Rq, что избавляет от проблемы связанной с необходимостью строить в одном масштабе профили, ординаты которых колеблются от долей до тысяч мкм.

С помощью этого метода хорошо заметны различия профиля, которые не видны при рассмотрении профилограмм (рис. 4.).

Этот метод позволяет определить стационарность поверхности и необходимую длину профиля, для каждого вида обработки. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

И так стационарность профиля определяют сравнением снятых в различных местах профилограмм, используя для этого непараметрические критерии и в случае положительного результата, утверждают о достаточности одного профиля для того, чтобы охарактеризовать поверхность при данном виде обработки, в данных конкретных условиях.

Необходимую длину профиля определяют сравнением непараметрических критериев для профилей различной длины и, в зависимости от наиболее значимого функционального свойства, (волнистости, шероховатости,...) выбирают минимально необходимую.

Следует заметить, что непараметрические критерии очень чувствительны к изменениям режимов резания, форме режущего клина, колебаниям системы СПИД и т.д.

Итак для оценки характера поверхностей используют следующие параметрические и непараметрические критерии:

• Функции распределения и плотности распределения ординат и тангенсов углов наклона профилей;

• Функции распределения ординат безразмерного профиля;

• Среднеарифметическое отклонение профиля, Ra;

• Среднеквадратичное отклонение профиля, Rq;

• Наибольшее отклонение профиля, Rm;

• Асимметрия и эксцесс для распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля.

Рис. 4. Схема сравнительной оценки характера распределения амплитуд профиля (а), б) профили и их плотности распределения ординат безразмерного профиля, в) наложение профилей и их функций плотностей распределения ординат безразмерных профилей 1.3. ОЦЕНКА ШЕРОХОВАТОСТИ, ВОЛНИСТОСТИ И ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ С ПОМОЩЬЮ ЭВМ На практике необходимо проводить как суммарную, так и раздельную оценку характеристик поверхности, а разделение волнистости и шероховатости с помощью механической и электрической фильтрации, не очень удобно. Поскольку неизвестно какие из отклонений исключены, то использование ЭВМ позволяет устранить это недостаток.

Профиль сигнала в ЭВМ вводят с помощью преобразования Фурье, получая амплитудный спектр. По нему можно точно определить частоту и амплитуду любой гармоники и оценить, к какому виду отклонений она относится, исключив из рассмотрения не нужные.

Путём обратного преобразования Фурье, преобразовав амплитудный спектр, получаем профиль, в котором исключены несущественные характеристики. Этот профиль обрабатывается любым способом для получения необходимых нам характеристик микрогеометрии поверхности.

Таким образом, прямые и обратные преобразования Фурье профилей дают возможность наиболее полно и точно анализировать и оценивать все виды отклонений реальной поверхности как качественно, так и количественно.





Это просто показать на примере. При установке детали на стол профилографа высокую точность установки получить не удается, что приводит к неправильным выводам о свойствах поверхности.

С помощью амплитудного спектра профиля по амплитуде самой низкочастотной гармоники (с частотой близкой к нулю) можно судить о точности установки детали и отклонениях формы. Исключая эту гармонику обратным преобразованием Фурье получаем профиль, в котором погрешности установки полностью исключены. Это позволяет повысить точность оценки и исключить необходимость тщательной установки детали на столе профилографа-профилометра.

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ОЦЕНКЕ И КОНТРОЛЮ МИКРОГЕОМЕТРИИ ДЕТАЛЕЙ ПРИБОРОВ Лабораторная работа № ОЦЕНКА ОТДЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ОТКЛОНЕНИЙ ПРОФИЛЯ С ПОМОЩЬЮ ЕГО ФИЛЬТРАЦИИ Цель работы 1. Качественная и количественная оценка влияния помех на критерии оценки микрогеометрии.

2. Качественная и количественная оценка шероховатости, волнистости, отклонений формы, помех и их всевозможных комбинаций.

Теоретические сведения В настоящее время применение ЭВМ позволяет значительно расширить возможности оценки микрогеометрии. ЭВМ позволяет наряду с быстрым и точным расчетом любых параметров профиля визуализировать и использовать непараметрические критерии оценки микрогеометрии, такие как функции и плотности распределения ординат и функции и плотности распределения тангенсов углов наклона профиля, каждая из которых содержит полную информацию об отклонениях профиля. [3] В зависимости от конкретных условий на эксплуатационные свойства поверхности влияет суммарное отклонение от номинальной поверхности или отклонения в определённом сочетании, или какая-нибудь отдельная характеристика (волнистость, шероховатость, отклонения формы).

Например, на антикоррозионные свойства поверхности влияет, прежде всего, её шероховатость (при прочих равных условиях), а на качество работы сопряжении - волнистость, шероховатость и отклонения формы [9].

Каждый вид отклонений принято оценивать определёнными критериями, но на практике необходимо производить как суммарную, так и раздельную этих характеристик поверхности.

При оценке отклонений формы волнистость, и особенно шероховатость, вообще не учитывают вследствие их сравнительной малости.

Применение ЭВМ позволяет, с помощью, преобразования Фурье получать амплитудный спектр профиля. По нему можно определить частоту и амплитуду любой гармоники и оценить, к какому виду отклонений поверхности они относятся. В амплитудном спектре можно исключить (сделать равным нулю) любое количество гармоник и оставить только те, которые нас интересуют в данный момент. Например, можно исключить самую низкую гармонику, частота которой близка к нулю, относящуюся к отклонениям формы, или исключить гармоники шероховатости, оставив одну волнистость и т.д. Путём обратного преобразования Фурье оставшихся гармоник амплитудного спектра получаем профиль, содержащий только интересующие нас отклонения поверхности, например, шероховатости, либо волнистости, либо отклонений формы, или их всевозможных комбинации.

Следует иметь в виду, что использование преобразований Фурье - рациональный и необходимый, а иногда единственно возможный способ достижения необходимой точности определения отклонений. При оценке шероховатости с помощью профилографа-профилометра необходимо, например, тщательно установить деталь, чтобы стрелка прибора при снятии профиля не выходила за определённые пределы шкалы.

Погрешности установки детали на столе прибора даже в допустимых пределах вносят ошибку в определённые критерии шероховатости. Для установки некоторой детали "неудобной" формы требуется много времени, а иногда необходимую точность их установки получить не удается. Наряду с искажением критериев шероховатости эти погрешности установки, а также отклонения формы делают незаметными на их фоне изменения шероховатости и приводят к неправильным выводам её влияния на функциональные свойства поверхности. А с помощью амплитудного спектра профиля по амплитуде самой низкой гармоники можно судить о точности установки детали, и, исключив эту гармонику, обратным преобразованием Фурье получить профиль, в котором погрешности установки полностью устранены.

Этот метод позволяет не только повысить точность оценки отклонений, но и исключить необходимость тщательной (часто трудоёмкой) установки детали на столе профилографа-профилометра.

Из выше изложенного следует, что использование амплитудного спектра профиля позволяет решить не только проблему фильтрации помех и погрешностей установки, но и детальнейшим образом конкретизировать влияние тех или иных отклонений на функциональные свойства поверхности.

Порядок выполнения лабораторной работы 1. Ознакомиться с работой программы PROFIL, предназначенной для обработки профилей поверхности (смотри приложение 1).

2. Запустить программу PROFIL.

3. Выбрать в главном меню пункт <3агрузить профиль >.

4. Из списка выведенных на экран файлов с расширением *.dat, открыть указанный преподавателем файл с данными о профиле, для чего необходимо ответить на запрос <Ввести имя файла:>.

5. После открытия файла вычислить параметрические и непараметрические критерии профиля, для этого из меню работы с профилем выбрать пункт <Характеристики>.

6. Сохранить отчет в графическом файле формата *.рсх.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.