Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Филимонова Елена Алексеевна

Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях
<
Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Филимонова Елена Алексеевна. Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.14 / Филимонова Елена Алексеевна;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»].- Санкт-Петербург, 2014.- 237 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Анализ состояния проблемы 9

1.1 Микрогеометрия поверхности и эксплуатационные свойства деталей приборов 9

1.2 Современные модели описания микрогеометрии поверхности 10

1.2.1 Представление о микрогеометрии как о наборе выступов правильной геометрической формы 11

1.2.2 Теоретико-вероятностный подход (представление микрогеометрии случайным полем) 12

1.2.3 Модель фрактальной микрогеометрии поверхности 13

1.3 Обзор критериев оценки микрогеометрии поверхностей 14

1.3.1 Параметры оценки микрогеометрии профиля 15

1.3.2 Трёхмерные параметры, используемые для оценки поверхности 19

1.3.3 Графические критерии оценки и контроля микрогеометрии поверхности 20

Выводы по главе 1 22

Глава 2 Разработка методики и программы автоматизированной оценки и контроля микрогеометрии поверхностей деталей с помощью графических критериев 23

2.1 Методика оценки и контроля микрогеометрии поверхностей с помощью графических критериев 24

2.2 Оценка и контроль микрогеометрии поверхностей на основе профилей 25

2.2.1 Поступление входных данных 25

2.2.2 Модуль подсчёта параметров микрогеометрии поверхности согласно ГОСТ 2789-73 29

Вычисление средней линии, линии выступов и линии впадин 29

Вычисление критериев по ГОСТ 2789-73 31

2.2.3 Модуль подсчёта графических критериев микрогеометрии поверхности 32

Построение функции плотности распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля 32

Построение функции распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля 36

2.2.4 Модуль фильтрации 39

Прямое Фурье-преобразование (получение амплитудного спектра) 40

Обратное Фурье-преобразование (получение профиля после фильтрации) 43

2.2.5 Модуль сравнения с эталоном 44

Построение графических критериев и поля допуска эталонного профиля 46

2.3 Оценка и контроль микрогеометрии поверхности на основе их микротопографий 49

2.3.1 Поступление входных данных 50

2.3.2 Построение микротопографии поверхности 52

2.3.3 Фильтрация микротопографии поверхности 53

2.3.4 Вычисление графических критериев по микротопографии поверхности 57

Построение функции плотности распределения ординат микротопографии 57

2.3.5 Оценка и контроль микротопографии с использованием графических критериев 60

2.4 База данных взаимосвязи графических критериев и видов и режимов обработки 61

Выводы по главе 2 63

Глава 3 Практическое применение графических критериев микрогеометрии для ее оценки и контроля 65

3.1 Исследование влияния амплитуды осцилляции инструмента на микрогеометрию поверхности при фрезеровании титановых образцов 69

3.2 Исследование влияния амплитуды осцилляции инструмента на микрогеометрию поверхности при фрезеровании алюминиевых образцов 79

3.3 Исследование влияния расстояния между импульсами на микрогеометрию поверхности при фрезеровании алюминиевых образцов 86

Выводы по 3 главе 92

Глава 4 Технологические исследования оптических поверхностей 93

4.1 Исследование влияния микрорельефа на процессы возникновения трещин на поверхности оптического материала при циклических нагрузках 94

Исследование профилей поверхности (2D) 96

Исследование микротопографий поверхности (3D) 99

Измерение количества циклов нагрузки до возникновения трещин 101

4.2 Исследование зависимости лучевой прочности поверхности от её микрорельефа 102

Исследование профилей поверхности (2D) 104

Исследование микротопографий поверхности (3D) 107

Измерение лучевой прочности 109

Выводы по главе 4 111

Заключение 111

Представление о микрогеометрии как о наборе выступов правильной геометрической формы

Качество изделия во многом определяется эксплуатационными свойствами его деталей и узлов. Исследователями давно доказано, что микрогеометрия поверхности влияет примерно на 20 эксплуатационных свойств поверхности. Под эксплуатационными свойствами понимаются свойства, которые характеризуют способность прибора работать в конкретных условиях. Такие исследования неоднократно производились как отечественными, так и зарубежными исследователями.

Например, учёными В. Ф. Безъязычным [12], И. В. Крагельским [13-16] и его последователями В. С. Комбаловым [17] и Н. Б. Демкиным [18] были проведены исследования микрогеометрии трущихся поверхностей. И. В. Дунин-Барковский занимался изучением влияния микрогеометрии поверхности на коррозию металлов и контактную усталость [19]. Профессор Ю. Г. Шнейдер провёл анализ зависимости различных эксплуатационных свойств поверхности с нанесенным на неё регулярным микрорельефом от её микрогеометрии (например, износостойкости, прирабатываемости, сопротивления ползучести, контактной жесткости, коррозионной стойкости, а также оптических и электрических свойств) [1]. Исследованиями процесса износа деталей в зависимости от микрогеометрии поверхности занимался В. А. Красный в своих работах [20 - 22]. Труды [23 – 25] посвящены взаимосвязи микрогеометрии и гидро- и аэродинамических свойств поверхности. Также исследователями было отмечено влияние микрогеометрии на величину коэффициента аккомодации энергии, что имеет существенное значение в технике космических полётов и теплоизоляции [26 - 28]. В. А. Валетов исследовал зависимость усталостной прочности [29], коэффициента сопротивления качению, долговечности [30] и некоторых других эксплуатационных свойств [31, 32] от микрогеометрии поверхности. Аналогичные исследования проводили также такие отечественные ученые, как Маталин А. А. [33], Рыжов Э. В. [34], Суслов А. Г. [34], Сулима А. М. [35] и многие другие.

В то же время и за границей ведутся работы по изучению зависимости теплопроводности [36], гидродинамических [37 - 39], оптических [40, 41], механических [42] и других свойств поверхности от микрогеометрии.

Таким образом, доказано влияние микрогеометрии поверхности на определённое количество эксплуатационных свойств, поэтому будет целесообразным оптимизировать её для данных конкретных свойств. Одним из основных условий оптимизации микрогеометрии является возможность её полного и точного описания.

Точная и надёжная математическая модель шероховатой поверхности необходима для решения многочисленных задач, например, для проведения оценки характеристик трения поверхностей, расчёта контактных напряжений и так далее. Здесь приведены математические модели шероховатой поверхности, получившие наибольшее распространение в современном приборостроении.

Однако, следует помнить, что все описанные ниже модели микрогеометрии поверхности обладают одним существенным недостатком. В практическом применении они все сводятся к использованию определённого набора параметрических критериев оценки микрогеометрии поверхности, которых для полного и точного описания последней требуется от 3 до 25 [43, 44]. Следовательно, для проведения оптимизации микрогеометрии поверхности необходимо будет получить зависимость каждого из этих критериев от параметров обработки поверхности, что реально не осуществимо. В некоторых из описанных моделей используются так называемые комплексные критерии, которые по сути являются комбинацией всё тех же неинформативных параметров оценки микрогеометрии поверхности. Кроме этого, указанные критерии оценки микрогеометрии используются только в узкоспециализированных исследованиях, а в условиях реального предприятия применяются другие параметры из стандартов наподобие параметра Ra из ГОСТ 2789-73.

В одной из первых моделей микрогеометрия представлялась набором тел правильной геометрической формы, расположение которых в пространстве определяет распределение материала в поверхностном слое. Например, предпринимались попытки описать единичный выступ микрогеометрии в виде клина [45], пирамиды [46], стержня [47], конуса [48], сферы [18, 49, 50], эллипсоида [51, 52] и ряда других. Результаты исследований показали, что наиболее удобной является модель выступов в виде сферических сегментов [18]. Она часто используется и в настоящее время.

В. А. Журавлёв был одним из первых, кто применил этот подход в 1940 году [53]. Шероховатую поверхность он рассматривал как набор сферических сегментов с постоянным радиусом, а распределение по высоте характеризовал прямой. Похожий подход использовал И. В. Крагельский для расчёта контактного взаимодействия [14]. Продолжили развитие методик оценки характеристик трения поверхностей такие отечественные учёные, как Н. Б. Демкин, Н. М. Михин, В. С. Комбалов, П. Е. Дьяченко, С. А. Чижик и другие.

Зарубежные исследователи также применяли аналогичный подход при моделировании шероховатой поверхности. В частности, Дж. Арчард (J. Archard) [54] описал микрогеометрию как иерархическую структуру в виде совокупности сфер, покрытых малыми сферами, которые в свою очередь покрыты ещё более мелкими сферами и так далее. Это была первая фракталоподобная модель поверхности. Известна модель Д. Гринвуда (J. Greenwood) и Д. Вильямсона (J. Williamson) [55], в которой микрогеометрия представляется как система сферических сегментов постоянного радиуса, высота которых является случайной величиной, подчиняющейся определённому закону распределения. Согласно проведённым исследованиям этих учёных распределение высоты пиков для большинства поверхностей подчиняется закону Гаусса. Модификацию модели Гринвуда-Вильямсона проводили многочисленные учёные, среди которых Д. Трипп (J. Tripp) [56], В. Чанг (W. Chang), И. Этисон (I. Etsion) [57] и другие.

Однако, данная модель чувствительна к длине выборки и разрешающей способности измерительного прибора, кроме того в ней не учитываются структурные свойства поверхности. Вместе с тем она непригодна к использованию при большой плотности пятен контакта для расчёта характеристик трения поверхностей [58].

Поступление входных данных

Для эталонного профиля поверхности строятся графики функции плотности распределения и функции распределения ординат безразмерного профиля, графики функции плотности распределения и функции распределения тангенсов углов наклона профиля (пункты 2.1.2, 2.1.3), а также кривая Аббота.

Далее для данных графиков происходит построение области допуска. В данном программном обеспечение область допуска может рассчитываться следующими способами.

Относительный допуск (рисунок 2.20) Рисунок 2.20 – Построение относительного поля допуска для эталонного графика функции плотности распределения тангенсов углов наклона профиля: H отношение количества тангенсов угла наклона профиля данной величины к общему количеству тангенсов угла наклона; tg – значение тангенса угла наклона профиля значение по оси ординат максимума и минимума области допуска для i-ой точки функции; - значение по оси ординат для i-ой точки функции, d – значение допуска в % (задаётся самим пользователем в зависимости от требований).

Абсолютный допуск (рисунок 2.21) Рисунок 2.21 – Построение абсолютного поля допуска для эталонного графика функции плотности распределения тангенсов углов наклона профиля: H отношение количества тангенсов угла наклона профиля данной величины к общему количеству тангенсов угла наклона; tg– значение тангенса угла наклона профиля значение по оси ординат максимума и минимума области допуска для i-ой точки функции; - значение по оси ординат для i-ой точки функции; d – значение допуска в % (задаётся самим пользователем в зависимости от требований); n – общее количество точек функции.

Допуск по шкале (рисунок 2.22) Рисунок 2.22 – Построение поля допуска по шкале для эталонного графика функции плотности распределения тангенсов углов наклона профиля: H отношение количества тангенсов угла наклона профиля данной величины к общему количеству тангенсов угла наклона; tg – значение тангенса угла наклона профиля значение по оси ординат максимума и минимума области допуска для i-ой точки функции; - значение по оси ординат для i-ой точки функции, d – значение допуска в % (задаётся самим пользователем в зависимости от требований).

Оценка и контроль микрогеометрии поверхности на основе их микротопографий Перейдём к рассмотрению второй части программного продукта, которая отвечает за оценку и контроль микрогеометрии поверхности на основе их микротопографий [81]. Известно, что графические критерии для микротопографий поверхности обладают большей информативностью по сравнению с графическими критериями для профилей поверхности. Поэтому расширение непараметрического подхода на микротопографии поверхности и его автоматизация позволяют добиться большей достоверности результатов оценки и контроля. Однако, самой полной информацией о микрогеометрии обладает сама микротопография поверхности. Поэтому в будущем надо стремиться к оценке микрогеометрии с использованием самих микротопографий поверхности.

Получение информации происходит так же, как и в предыдущем случае, с помощью профилометров. Полученный файл будет содержать информацию о микротопографии поверхности в виде трёхмерных координат точек поверхности. Формат данного файла зависит от производителей программного обеспечения. Программный продукт «Лемминг» поддерживает следующие форматы:

1) папка с файлами, которая содержит один файл с расширением hwh и набор файлов asc (профилограф-профилометр Hommel Tester T8000 фирмы Hommel werke). К примеру, микротопография на данном профилометре была получена путём измерения профиля поверхности 5 раз и расстояние между измерениями равно 45 мкм (рисунок 2.23). В файле hwh содержится информация о количестве измерений и расстоянии между ними, а в файлах asc находятся данные для каждого измерения. Рисунок 2.23 - Проведение измерения микротопографии с помощью профилографа-профилометра Hommel Tester T8000 фирмы Hommel werke: 5 измерений профиля с расстоянием между ними 45 мкм

2) расширение pr (лазерный профилометр UBM-Microfocus Compact). В файле указаны значения высоты (например, -1,746; -2,066; -2,221 и т.д.), а также расстояние между значениями по оси абсцисс – X-Auflosung, расстояние между измерениями профилей – Y-Auflosung, количество точек в одном измерении (по оси абсцисс) и количество измерений (по оси ординат) (рисунок 2.24). фрагмент файла, полученного с профилометра UBM-Microfocus Compact, в котором указаны значения высоты (например, -1,746; -2,066; -2,221 и т.д.), а также расстояние между значениями по оси абсцисс – X-Auflosung, расстояние между измерениями профилей – Y-Auflosung, количество точек в одном измерении (по оси абсцисс) и количество измерений (по оси ординат) 3) расширение dat (машина для нанопозиционирования и наноизмерения, изготовленная в Техническом Университете города Ильменау). В файле указаны значения трёх координат для каждой точки микротопографии. На рисунке 2.25 представлен фрагмент такого файла. Например, одна из точек измерения находится по координатам x = 0 мкм, y = 0 мкм, z = 6,77 мкм и так далее. фрагмент файла, полученного с машины для нанопозиционирования и наноизмерения из университета Ильменау, в котором указаны значения трёх координат для каждой точки микротопографии После получения входных данных с профилометров в программе происходит заполнение трёхмерного массива пространственными координатами точек полученной микротопографии поверхности. Далее осуществляется вывод на экран полученной микротопографии с цветовой индикацией высоты профиля (рисунок 2.26). Рисунок 2.26 - Микротопография, полученная на профилометре-профилографе Hommel Tester T8000, в программном продукте для оценки и контроля микрогеометрии «Лемминг»

Предварительным необходимым этапом к сравнению микротопографий поверхности является их фильтрация. Однако, на сегодняшний день вопрос пространственной фильтрации микрогеометрии практически не изучен. С помощью фильтрации возможно как исключить ненужные виды отклонений поверхности (например, нивелировать наклон поверхности, убрать помехи), так и определить влияние конкретного типа отклонений, например волнистости, на какое-либо эксплуатационное свойство. Большинство двумерных методик фильтрации микрогеометрии можно расширить и на трёхмерный случай. В данном случае используются алгоритмы прямого и обратного быстрых двумерных дискретных Фурье-преобразований.

Во многих источниках приведены формулы, соответствующие прямому и обратному двумерному Фурье-преобразованию [88]. Двумерный периодический сигнал удовлетворяет условию:

Оценка и контроль микрогеометрии поверхности на основе их микротопографий

Одной из важнейших задач оптического приборостроения является задача получения поверхностей оптических элементов с высокой лучевой прочностью, так как световое разрушение ограничивает выходную мощность и срок службы лазерных систем [109 - 111].

Целью исследования является определение зависимости лучевой прочности цилиндрических оптических элементов от микрогеометрии поверхности.

Для эксперимента было изготовлено 4 оптических окна (см. рисунок 4.6) из кварцевого стекла КУ1, на которые нанесено просветляющее покрытие из частиц SiO2. 2 образца (окна под номерами 2 и 4) были подвергнуты дополнительной механико-химической обработки [112].

Методика измерения лучевой прочности, использованная в данном эксперименте, предложена в статье [106]. Она была разработана на кафедре лазерной техники и биомедицинской оптики Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики. Измерения были произведены на этой же кафедре.

Для всех образцов были построены графические критерии оценки микрогеометрии поверхности (рисунок 4.7). Графического критерий поверхности 2 был принят в качестве эталонного с допуском 8%, так как изделия из этой партии были признаны годными по значению лучевой прочности. Разброс значений графических критериев оценки микрогеометрии для одной поверхности составляет 2%.

Для всех образцов были построены графические критерии оценки микрогеометрии поверхности (рисунок 4.8). Графического критерий поверхности 2 был принят в качестве эталонного с допуском 8%, так как изделия из этой партии были признаны годными по значению лучевой прочности. Разброс значений графических критериев оценки микрогеометрии для одной поверхности составляет 2%.

Выводы: Графические критерии поверхностей образцов 2 и 4 совпадают в пределах допуска, соответственно, эти поверхности имеют одинаковый микрорельеф и одинаковые свойства (при допуске 8%). В то же время поверхности 1 и 3 имеют микрогеометрию, отличную от поверхностей 2 и 4. По результатам измерения порога разрушения покрытия, представленным в таблице 1, образцы 1 и 3 были признаны браком, а образцы 2 и 4 - годными.

Проведение дальнейших исследований в этой области позволит оптимизировать микрогеометрию поверхности для лучевой прочности для данных условий. Также большую ценность представляет проведение исследований по выявлению зависимости лучевой прочности от параметров финишной полировки, используя непараметрический подход оценки микрогеометрии поверхности. 1) доказано, что микрогеометрия поверхности не влияет на количество циклов нагрузки до возникновения усталостной трещины в призмах оптических затворов из стекла N-BK7; 2) доказано, что с помощью данной методики можно осуществлять сравнение заданной эталонной микрогеометрии, которая соответствует приемлемому уровню эксплуатационного свойства (например, лучевой прочности), с микрогеометрией поверхности серийной продукции;

3) используя разработанную базу данных, можно получить наиболее выгодный для данных производственных условий способ обработки деталей, для которых значение эксплуатационного свойства поверхности было бы удовлетворительным в пределах допуска.

Основные результаты проведенного комплекса научно-исследовательских работ сводятся к следующему: 1) разработана методика автоматизации контроля и оценки микрогеометрии поверхности с помощью графических критериев; 2) разработаны программные продукты для реализации методики автоматизированных оценки и контроля микрогеометрии поверхностей деталей, что позволяет успешно определять влияние микрогеометрии поверхности деталей на любые их эксплуатационные свойства и оптимизировать это влияние; 3) исследовано влияние амплитуды осцилляции инструмента и величины расстояния между импульсами на микрогеометрию поверхности при импульсном фрезеровании с использованием графических критериев (доказана технологическая управляемость микрогеометрии поверхности с помощью данных параметров обработки); 4) исследовано влияние микрогеометрии поверхности на лучевую прочность оптической поверхности (доказана возможность контроля микрогеометрии поверхности оптических окон из кварцевого стекла КУ1 путём сравнения графических критериев оценки микрогеометрии данных поверхностей и эталонной поверхности); 5) исследовано влияние микрогеометрии поверхности на количество циклов нагрузки до возникновения усталостной трещины на поверхности оптического материала (доказано отсутствие влияния для призм оптического затвора из стекла N-BK7).

Исследование влияния амплитуды осцилляции инструмента на микрогеометрию поверхности при фрезеровании алюминиевых образцов

Для получения заданной на чертеже микрогеометрии нужно уметь её достоверно воспроизводить, для чего просто необходимо знать зависимость микрогеометрии поверхности от видов и режимов обработки детали. Этими вопросами занимались такие учёные, как В. Ф. Безъязычный [94], Н. Б. Демкин [18] В. В. Порошин [73], Д. В. Васильков [95 - 97] и многие другие отечественные и зарубежные исследователи.

Всё возрастающие требования к качеству выпускаемой продукции ведут к росту затрат на материалы и производство изделий, поэтому потребность в оптимизации самого процесса резания всё увеличивается. Наилучшим подходом при обработке таких материалов, как алюминий, титан, углепластики, армированное волокно является так называемое импульсное фрезерование [98] (при котором производится дополнительная осцилляция инструмента в направлении оси z – рисунок 3.1). Вынужденные осцилляции в зоне резания способствуют улучшению поверхностного слоя, а именно, значительному уменьшению микротрещин и упрочнению материала. Также уменьшается потребляемая мощность резания и обеспечивается повышенная работоспособность фрезы. В противоположность дорогостоящей ультразвуковой обработке при импульсном фрезеровании отпадает необходимость в приобретении специального шпинделя и инструмента, так как дополнительный импульс задаётся с помощью программирования на обычном станке с ЧПУ. Рисунок 3.1 – Схема процесса импульсного фрезерования

Если рассматривать торцевое фрезерование, то поверхность, полученная таким способом обработки, имеет ярко выраженный анизотропный характер, а её структура зависит от подачи и скорости резания [73]. При сообщении дополнительных колебаний инструменту микрогеометрия поверхности будет зависеть также от амплитуды и частоты осцилляции инструмента, расстояния между импульсами. Вопрос по выявлению зависимости микрогеометрии поверхности от указанных параметров обработки проработан на сегодняшний день крайне мало. В данной главе рассмотрено влияние этих параметров обработки на микрогеометрию титановых и алюминиевых образцов.

Обработка всех образцов производилась на кафедре Производственных технологий Технического университета города Ильменау на прецизионном вертикальном обрабатывающем центре Realmeca RV-2 5ASP (рисунок 3.2) с использованием концевой твердосплавной фрезы диаметром 6 мм.

Измерение микрогеометрии осуществлялось с помощью настольного контактно-щупового профилометра Surtronic 3+ фирмы Taylor-Hobson (измерение профилограммы (2D)) (рисунок 3.3), а также лазерного профилометра UBM-Microfocus Compact (рисунок 3.4) (измерение микротопографии поверхности (3D)).

Лазерный профилометр UBM-Microfocus Compact: а – процесс измерения образца; б – общий вид прибора Расчёт параметров микрогеометрии поверхности по ISO 4287:1997 был произведён с помощью программы TalyProfile Lite, по ISO 25178 – с помощью оригинального программного обеспечения профилометра UBM-Microfocus Compact. Параметры согласно ГОСТ 2789-73, а также графические критерии оценки микрогеометрии поверхности были получены с помощью разработанного программного продукта «Лемминг». Все профили и микротопографии поверхности были подвергнуты фильтрации с применением Фурье-преобразований (см. пункты 2.1.4, 2.2.3), а именно, убраны помехи, погрешность установки, отклонение формы и волнистость.

В данных условиях, к сожалению, нет возможности указать эталонную кривую графического критерия, так как не было выбрано эксплуатационное свойство, для которого производилась бы оптимизация микрогеометрии поверхности. В этой главе будет показана тенденция изменения микрогеометрии поверхности на основе графических критериев в зависимости от параметров обработки, а не выбор оптимальной микрогеометрии.

Исследование влияния амплитуды осцилляции инструмента на микрогеометрию поверхности при фрезеровании титановых образцов

Целью данного исследования является определение влияния амплитуды осцилляции инструмента на микрогеометрию поверхности при импульсном фрезеровании для титановых образцов (рисунок 3.5). Более подробно результаты данного исследования изложены в статье [93].

Образцы фрезеровались при следующих параметрах обработки: подача – 0,2 мм/об, частота вращения - 1850 об\мин, глубина резания – 0,5 мм. Амплитуда осцилляции инструмента менялась от 5 до 25 мкм с шагом 5 мкм, при постоянном расстоянии между импульсами 10 мкм. Рисунок 3.5 - Титановые образцы, обработанные на обрабатывающем центре Realmeca RV-2 5ASP с использованием концевой твердосплавной фрезы

В приложении В в таблице 1 приведены полные результаты расчёта параметров микрогеометрии поверхности по ISO 4287:1997 (параметры описаны в главе 1) для данного эксперимента, а в таблице 2 значения параметров микрогеометрии по ГОСТ 2789 – 73. В таблице 3.1 приведены только значения параметров Ra и Rz, так как они наиболее часто используются при оценке микрогеометрии в современном приборостроении.

Таблица 3.1. Сводная таблица, в которой показана зависимость параметров микрогеометрии по ГОСТ 2789-73 от величины амплитуды осцилляции инструмента для титановых образцов

Выводы: По полученным параметрам микрогеометрии можно сказать, что значения параметров Ra и Rz увеличиваются при увеличении амплитуды осцилляции инструментов.

По графику плотности распределения ординат профиля можно сделать следующие выводы. Во-первых, наблюдается уменьшение значения экстремума для данных графиков (вершина располагается всё ниже), следовательно, с увеличением амплитуды импульса будет происходить равномерное изменение характера рельефа от более пологого к более островершинному, но с более глубокими неровностями (различие между значениями графиков в среднем составляет 10%). Это же подтверждается графиком плотности распределения тангенсов углов наклона и кривой Аббота. В то же время наблюдается сдвиг вершины графиков вправо, что может говорить о всё большем преобладании выступов в рельефе профиля. Данное утверждение можно проиллюстрировать на полученных профилограммах: для профилограммы при значении амплитуды равном 5 мкм (рисунок 3.7) можно говорить о рельефе, в котором не преобладают ни выступы, ни впадины, наряду с этим для профилограммы, соответствующей значению амплитуды осцилляции инструмента в 25 мкм (рисунок 3.8) отчётливо видно преобладание выступов в микрогеометрии поверхности.

Рисунок 3.7 - Профиль поверхности для титанового образца, который был обработан методом импульсного фрезерования при значении амплитуды осцилляции инструмента 5 мкм: Y – ордината профиля; L – длина профиля Рисунок 3.8 - Профиль поверхности для титанового образца, который был обработан методом импульсного фрезерования при значении амплитуды осцилляции инструмента 25 мкм: Y – ордината профиля; L – длина профиля

Похожие диссертации на Разработка методики и программы автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей деталей приборов с помощью графических критериев и их использование в технологических исследованиях