УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ШЛИФОВОЧНЫХ ПРИЖОГОВ

Предлагаемое устройство относится к области неразрушающего контроля изделий, и может быть использовано для повышения надежности деталей машин, поверхности которых обрабатываются шлифованием.
Шлифовочный прижог - локальное изменение структуры материала изделия в результате превышения температуры в зоне резания, может быть явным (сопровождаться появлением цветов побежалости) и скрытым.
Наиболее распространенным способом выявления скрытых прижогов является химическое травление. При использовании этого способа на поверхность наносятся специальные химические вещества (смеси кислот), в результате воздействия которых закаленный или разупрочненный металл темнеет. Недостатком этого способа является разрушение поверхностного слоя детали, дороговизна химических реагентов, высокая трудоемкость контрольных операций, необходимость привлечения контролера высокой квалификации, а также вредные и опасные условия труда контролера.
Другим способом выявления прижогов является измерение работы выхода электронов, которая, в свою очередь, зависит от структурного и фазового состава сплава, изменяющегося при образовании прижога.
Описание данного способа контроля приводится в патенте:
Патент 2407996 Российской Федерации МПК G01L 1/00 Неразрушающий способ экспрессного выявления зон на поверхности металлических деталей со шлифовочными и эксплуатационными прижогами / Кочаров Э.А., Олешко B.C. - №2008129897/28, заявлено 22.07.2008, опубликовано 27.12.2010.
Недостатками указанного способа является высокая трудоемкость подготовки поверхности для контроля, сложность и дороговизна контрольной аппаратуры, необходимость обеспечения особых условий измерения информативных признаков, что не позволяет полноценно использовать данный метод в условиях производства или эксплуатации изделий.
Еще одним известным способом контроля шлифовочных прижогов является способ, основанный на эффекте Баркгаузена, заключающийся в локальном намагничивании изделия с непрерывным замером намагниченности при помощи магнитометра. Наличие резких изменений намагниченности свидетельствует о наличии закаленного слоя материала, сопутствующего шлифовочному прижогу. Примеры применения данного способа для контроля прижогов имеются в следующих научных публикациях:
Ломаев Г.В. Экспресс-контроль дефектов поверхностных слоев сталей, возникающих при термическом воздействии / Г.В. Ломаев, О.А. Трифонов // Современные наукоемкие технологии, 2009 - №8. - С. 118.
Wojtas A.S. Detection of thermal damage in steel components after grinding using the magnetic Barkhausen noise method / A.S. Wojtas, L. Suominen; B.A. Shaw, J.T. Evans // Proceedings of 7th European conference on non-destructive testing. Copenhagen, 26-29 may 1998. - Vol. 3, No. 9. - ISBN: 87-986898-0-00.
Рассмотренный способ отличается относительной простотой реализации, надежностью контроля и сравнительно невысокой стоимостью аппаратуры. Однако, поскольку метод Баркгаузена является магнитным методом, он применим только для контроля изделий из ферромагнитных материалов (сталей). Недостатком этого способа также является продолжительное время измерения.
В основе предлагаемой полезной модели лежит вихретоковый способ контроля шлифовочных прижогов. В общем случае, вихретоковый способ контроля заключается в анализе характеристик электромагнитного поля вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой вихретокового преобразователя в электропроводящем объекте контроля (который может не обладать магнитными свойствами). Характеристики регистрируемого магнитного поля зависят от геометрии контролируемого объекта и удельной электрической проводимости, зависящей от химического состава и структуры материала.
Наиболее близкой по принципу действия к предлагаемой полезной модели является «Прибор вихретокового контроля однородности поверхностного слоя ПВК-К2М», внесенный в Государственный реестр средств измерения с №26079-03 от 17.12.2003.
Прибор предназначен для сканирования шлифованных кольцевых деталей вращающимся вихретоковым преобразователем, с последующей математической обработкой данных и их представления в виде развертки контролируемой поверхности с пиковыми значениями сигнала, полученного с преобразователя, в местах образования прижогов. Пример применения прибора показан в статье:
Козлов Д.В., Игнатьев А.А. Экспериментальное исследование шлифованных валов вихретоковым методом / Д.В. Козлов, А.А. Игнатьев // Вестник СГТУ, 2011. - №3. - с. 66-68.
Недостатками данного прибора являются:
- большая масса (110 кг), отсутствие портативности, необходимость организации отдельного рабочего места контролера (дефектоскописта), затраты времени на транспортировку изделий к месту контроля;
- сложный алгоритм анализа данных с вихретокового преобразователя, что также приводит к дополнительным затратам времени.
Указанные недостатки приводят к отсутствию возможности оперативного (непрерывного) контроля за процессом шлифования, что чревато получением частично или полностью бракованной (по наличию прижогов) партии изделий, например, в результате затупления шлифовального круга.
Предлагаемое устройство предназначено для оперативного контроля шлифовочных прижогов в процессе шлифования.
Технический результат заключается в сокращении возможного количества бракованных изделий при одновременно уменьшении затрат времени на отдельные контрольные операции (включая время на транспортировку изделий к месту контроля).
Технический результат достигается тем, что вихретоковый преобразователь устройства, дополнительно содержащий термопару, расположен непосредственно в конструкции шлифовального станка, что позволяет непрерывно выполнять контроль образования прижогов в процессе обработки и вносить необходимые поправки в технологический процесс (изменение режимов резания, правку шлифовального круга), с учетом влияния повышенной температуры поверхности на результат контроля.
Схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1.
Основными элементами устройства являются вихретоковый преобразователь 5, дополнительно содержащий термопару, связанный с ним при помощи каналов связи 7 блок генерации и регистрации сигналов 8, анализирующий блок 9 и сигнализирующий элемент 10. Работа устройства осуществляется следующим образом. Преобразователь размещается над контролируемой поверхностью изделия 1, обрабатываемой шлифовальным кругом 2, и перемещается вдоль поверхности со скоростью, равной продольной подаче S, непрерывно генерируя в поверхностном слое вихревые токи 4 и замеряя характеристики электромагнитного поля, образуемого вихревыми токами. Таким образом, информативным параметром объекта контроля является удельная электрическая проводимость материала. Выход значения удельной электрической проводимости за пределы допуска регистрируется анализирующим блоком 9, связанным с сигнализирующим элементом 10, оповещающим наблюдателя об образовании на поверхности изделия прижога 3.
Так как контроль выполняется непосредственно после шлифования, на неохлажденной поверхности, а удельная электрическая проводимость значительно зависит от температуры материала, в конструкцию устройства входит термопара 6, измеряющая температуру поверхности в месте контроля, а анализирующий блок вносит поправку в результаты измерения по известной зависимости σ=f(t) или заданной градуировочной шкале.
Предварительная настройка вихретокового контрольного устройства может осуществляться как по эталонному образцу с искусственным дефектом, так и по неповрежденной поверхности объекта контроля.
Траектория движения преобразователя вдоль поверхности будет линейной для плоскошлифовального оборудования и спиральной для круглошлифовальных, внутришлифовальных и координатно-шлифовальных станков.
Преимуществами предлагаемого устройства является возможность выполнения непрерывного активного контроля шлифовочных прижогов непосредственно в процессе механической обработки, что способствует сокращению количества бракованных изделий при одновременно уменьшении затрат времени на отдельные контрольные операции (включая время на транспортировку изделий к месту контроля).