CC BY
17Предложена конструкция для присоединения волновода с ложементом к действующей установке УЭШ 100.
Библиографическая ссылка
1. Зверинцева Л. В. Уменьшение шероховатости токонесущей поверхности волноводов способом абразивного полирования эластичным инструментом : дис. ... канд. техн. наук: защищена 24.06.2008 / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2009. 209 с.
Reference
1. Zverintseva L. V. The decrease in the current-carrying surface roughness waveguides method flexible abrasive polishing tool. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences : 24.06.2008 protected. Siberian State Aerospace University, 209 p.
© Зверинцев В. В., Зверинцева Л. В., Сысоев C. K., Чураков Д. В., 2014
УДК 621.791.722
РАДИАЦИОННО-АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ТОЛЩИНОМЕТРИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
В. И. Кириллов, В. В. Богданов, Н. М. Цыганков, Е. А. Клипов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 Е-mail: poi.04@mail.ru, sibniitm@yandex.ru, n.tsygankov@mail.ru
Рассмотрен метод толщинометрии, основанный на генерации ультразвуковых колебаний в металлах импульсными пучками электронов. Приведены результаты экспериментальных исследований. Указанны преимущества данного метода перед существующими методами контроля.
Ключевые слова: контроль, толщинометрия, сварное соединение, ультразвук, импульсный пучок электронов.
RADIATION-ACOUSTIC METHOD TO MEASURE THICKNESS OF MATERIALS AND PRODUCTS
V. I. Kirillov, V. V. Bogdanov, N. M. Tsygankov, E. A. Klipov
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: poi.04@mail.ru, sibniitm@yandex.ru, n.tsygankov@mail.ru
The method of thickness measurement is based on the generation of ultrasonic vibrations in metals by pulsed electron beams. The results of experimental are studied. The advantages of this method in comparison to the existing methods are demonstrated.
Keywords: control, gauging, welded connection, ultrasound, pulsed beam of electrons.
Для измерения толщины полотна в ячейках обечаек, выполненных фрезерованием, необходимо применять ультразвуковые методы контроля. Это связано с высокой точностью измерений, большим диапазоном контролируемых толщин и возможностью проведения измерений при одностороннем доступе к поверхности изделия. Использование УЗ-методов тол-щинометрии обеспечивает независимость результатов измерений от неоднородности и непостоянства магнитных и электрических характеристик материала, а также позволяет осуществлять контроль суммарной толщины стенки изделий из биметалла.
Наибольшее распространение из УЗ-методов тол-щинометрии получил эхо-импульсный. Сущность этого метода заключается в измерении времени пробега акустического импульса от поверхности его ввода до противоположной поверхности изделия, которое
однозначно определяет значение измеряемой толщины изделия. Несмотря на значительные достижения в области создания эхо-импульсных УЗ-толщиномеров, для данного класса приборов характерны недостатки, связанные с наличием акустического контакта между источником УЗ-колебаний и контролируемым изделием. Использование контактных УЗ-толщиномеров ограничивает скорость контроля и требует специальной сушки изделия, кроме того применение таких толщиномеров невозможно в условиях повышенной температуры, контролируемых и агрессивных сред, а также в процессе гидро- и пневмоиспытаний.
Широкими возможностями для создания бесконтактных УЗ-толщиномеров обладает радиационно-акустический метод генерации УЗ-колебаний в материалах. Метод генерации акустических колебаний пучками электронов обеспечивает формирование
УЗ-импульсов малой длительности, порядка десятков наносекунд, с весьма крутыми фронтами, что чрезвычайно важно для повышения точности измерений [1]. На рис. 1 приведены осциллограммы акустических импульсов, возбуждаемых в образцах из сплава АМг-6 толщиной 18 мм и 40 мм импульсным пучком электронов. Длительность импульса тока ускорителя составляла 10 нс, а длительность генерируемого акустического импульса, зависящая от глубины проникновения электронов в тело мишени, была примерно 50 нс. Расстояние между импульсами составляет примерно 5,75 и 12,8 мкс, соответственно, что равно двойному времени пробега акустической волны в мишени. Радиационный метод генерации УЗ-колебаний обеспечивает дистанционное возбуждение стабильных акустических импульсов с параметрами, слабо зависящими от качества контролируемой поверхности. Указанные преимущества радиационно-акустического метода положены в основу разработанного бесконтактного УЗ-толщиномера для контроля изделий из токопроводящих немагнитных материалов. В качестве генератора акустических импульсов использован малогабаритный импульсный ускоритель электронов. Длительность импульса тока электронов составляет 10 нс, средняя энергия электронов в спектре - 0,2 МэВ, частота следования токовых импульсов - 10 Гц, радиус выведенного пучка электронов - 3 мм, максимальное расстояние, на котором возможна эффективная генерация УЗ-колебаний -около 60 мм. Минимальная толщина контролируемых изделий из алюминиевых сплавов, зависящая от глубины проникновения электронов в вещество изделия, составляет 0,3 мм.
На рис. 2 приведена блок-схема радиационно-акустического толщиномера. В основу принципа измерения времени пробега акустическим импульсом пути, равного толщине изделия, положено преобразование «время-время» [2]. Взаимодействие импульсного пучка электронов с веществом изделия приводит к возбуждению УЗ-импульса, который с помощью бесконтактного детектора акустического излучения преобразуется в электрический сигнал такой же дли-
тельности. Абсолютное измерение временных интервалов между электрическими импульсами представляет серьёзную проблему, но использование преобразования «время-время», позволяет успешно решить данную задачу.
Измерительная схема толщиномера (рис. 2) работает следующим образом: серия затухающих электрических импульсов с выхода бесконтактного детектора акустического излучения 3 по экранированному кабелю поступает на вход широкополосного усилителя 4 с коэффициентом усиления 30 дБ. С выхода усилителя электрические импульсы с амплитудой 1-1,5 В поступают на схему линейного пропускания 5, которая осуществляет временную селекцию поступающих сигналов во время действия управляющих импульсов, вырабатываемых формирователем 8. Управляющий импульс, снимаемый с измерительного датчика 2, представляющего собой пояс Роговского, служит для синхронизации импульса ускорителя электронов с запуском измерительной схемы. Временная задержка 6 смещает синхроимпульс на время, в течение которого электрические помехи, обусловленные действием электронного пучка прекращаются. Далее синхроимпульс поступает на формирователь 7, который вырабатывает сигнал с длительностью, превышающей удвоенное значение максимального измеряемого временного промежутка.
Таким образом, схема линейного пропускания совместно с управляющей схемой осуществляет селекцию информативных сигналов, интервалы между которыми подлежат регистрации. Формирователь 8 служит для дублирующего формирования управляющего импульса в случае, если по схеме линейного пропускания по каким-либо причинам пройдёт сигнал помехи. Пройдя схему линейного пропускания, информативные электрические сигналы поступают на выравниватель амплитуды 9. С выхода выравнивателя два ближайших импульса, интервал между которыми подлежит регистрации, поступают на входы блокираторов 10 и 11. Первый импульс пройдя открытый вентиль блокиратора 10 через линию задержки 12 (4ад = 4з) поступает на вход блокиратора 11.
а б
Рис. 1. Осциллограммы зарегистрированных акустических импульсов, генерируемых пучком электронов в образцах из сплава АМг-6 толщиной: а - 40 мм; б - 18 мм. Масштаб по вертикали: а - 0,04 В/дел; б - 0,1 В/дел. Масштаб по горизонтали: а - 1 мкс/дел, б - 1 мкс/дел
Рис. 2. Блок-схема радиационно-акустического толщиномера: 1 - импульсный ускоритель электронов; 2 - измерительный датчик; 3 - ЭМА-детектор; 4 - усилитель; 5 - схема линейного пропускания; 6 - линия задержки; 7, 8 - формирователь; 9 - нормализатор; 10,11 - блокираторы; 12 - схема задержки; 13,14 - одновибраторы; 15 - схема антисовпадений; 16 - зарядный ключ; 17 - разрядный ключ; 18 - схема выделения интервала; 19 - формирователь; 20 - схема дифференцирования; 21 - генератор стандартных импульсов; 22 - регистрирующее устройство
В результате второй импульс, если он отстаёт от первого не более чем на удвоенное А/из, запускает одновибратор 14, длительность импульса которого также равна двойному Л/из. Этот импульс закрывает вентиль блокиратора 11 и в противофазе с сигналом одновибратора 13 поступает на схему антисовпадений 15, которая формирует управляющий импульс для схемы зарядки накопительной ёмкости С. Схема антисовпадений вырабатывает сигнал с длительностью, равной измеряемому временному интервалу. При таком способе формирования управляющего импульса аналоговая часть измерительной схемы работает только при наличии полезного сигнала, появление которого связано со срабатыванием одновибратора 14. В случае одиночных импульсов одновибратор 14 не срабатывает и разгружает последующую схему от ложных сигналов. Импульс схемы антисовпадений управляет работой зарядного ключа 16, заряжающего ёмкость С стабильным током /зар. После окончания действия импульса схемы антисовпадений ёмкость С разряжается постоянным током /раз. Время разряда определяется с помощью схемы выделения интервала 18, которая преобразует падение напряжения на сопротивлении К от тока через конденсатор С в импульс с длительностью [2];
Л'и = 'изм К,
I -1
зар раз ^
где К = —---— и определяется выбором соответ-
1раз
ствующей элементной базы, в описываемом случае К примерно равен 100.
Выделенный временной интервал в виде импульса напряжения поступает на формирователь 19, с выхода которого - на вход схемы дифференцирования 20, преобразующей его в управляющие импульсы «старт» (начало измеряемого интервала) и «стоп» (конец измерения). Генератор 21 с рабочей частотой 100 МГц,
заполняет этот интервал импульсами, число которых прямо пропорционально измеряемому временному интервалу и определяется регистрирующим устройством 22.
Проведённые исследования показали, что схема работает линейно в интервале до 500 нс, а нелинейность на интервале свыше 500 нс не превышает ±1 %. Временное разрешение регистрирующей схемы толщиномера, измеренное от генератора, не более 10 с. В качестве детектора акустических колебаний использовался ЭМА-преобразователь сдвиговых волн, описанный в работе [3]. Экспериментальное опробование радиационно-акустического толщиномера, проведённое в механосборочном цехе ГП «Красноярский машиностроительный завод», показало, что данный толщиномер позволяет надёжно контролировать толщину изделий в диапазоне 0,5... 18 мм, выполненных из токопроводящих немагнитных материалов, в частности из сплавов АМг-6 и 1201, с погрешностью измерений, не превышающих требований КД на изделия [4].
Библиографические ссылки
1. Беспалько А. А., Симанчук В. И. О возможности использования сильноточных электронных ускорителей в ультразвуковой дефектоскопии // Дефектоскопия. 1982. № 1. С. 85-87.
2. Мелешко Е. А. Интегральные схемы в наносе-кундной ядерной электронике. М. : Атомиздат, 1977. С. 192.
3. Богданов В. В., Симанчук В. И., Чахлов В. Л. Бесконтактный акустический контроль токопроводя-щих немагнитных материалов на основе радиационного метода генерации ультразвуковых колебаний // Технологическая диагностика и неразрушающий контроль. Киев, 1991. № 2. С. 51-56.
4. Технические условия. Изготовление, испытания и приёмка корпусов. ЗМ-37. 00.00.000 ТУ-3.
References
1. Bezpalko A. A., Semanchuk V. I. About the use of high-current electron accelerators in ultrasonic flaw detection // Inspection. 1982, no. 1, p. 85-87.
2. Meleshko E. A. Integrated circuit in a nanosecond nuclear electronics. M. : Atomizdat, 1977, p. 192.
3. Bogdanov V. V., Semanchuk V. I., Cahlow V. L. Contactless acoustic testing of conductive non-magnetic
materials based on radiation method for the generation of ultrasonic vibrations // Technology diagnostics and nondestructive control, Kiev, 1991, no. 2, p. 51-565.
4. Technical conditions. Manufacturing, testing and inspection of buildings. SM-37. 00.00.000 TU-3.
© Кириллов В. И., Богданов В. В., Цыганков Н. М., Клипов Е. А., 2014
УДК 621.923
ОБЗОР ЗАРУБЕЖНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Г. В. Кочкина, В. В. Зверинцев, Л. В. Зверинцева
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: kochkina@gmail.com
Проведен анализ существующих мировых аналогов установок для абразивно-экструзионной обработки с целью модернизации или проектирования и изготовления новой установки для использования в лаборатории отделочных методов обработки СибГАУ.
Ключевые слова: абразивно-экструзионная обработка, принцип действия установки, абразивная эластичная среда.
REVIEW OF FOREIGN PLANTS FOR ABRASIVE FLOW MACHINING
G. V. Kochkina, V. V. Zverintsev, L. V. Zverintseva
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation Е-mail: kochkina@mail.sibsau.ru
The article analyzes the existing analogues in the world plants for abrasive extrusion processing to upgrade or to design and produce a new plant used in the lab finishing processing methods in SibSAU.
Keywords: abrasive flow machining, action of the operation principle, abrasive elastic medium.
Рабочая установка в лаборатории отделочных методов обработки СибГАУ громоздка и морально устарела. Настало время модернизировать ее или проектировать и изготавливать новую установку. С этой целью был проведен анализ существующих установок за рубежом.
Абразивно-экструзионная обработка (abrasive flow machining - AFM) была разработана в 1960-х годах как метод снятия заусенцев, полирования и отделки поверхности со сложной геометрией и профилем путем перепрессовывания абразивной вязкоэластичной массы. Созданы три различных типа станков, в которых применено перемещение массы в одну [1], две стороны [2] и по замкнутой траектории [3]. Наиболее прост с точки зрения физики процесс перемещения массы в две стороны через канал обрабатываемой детали (рис. 1, а). Он использует два вертикально противоположно направленных гидравлических цилиндра, которые вытесняют среду возвратно-поступательно относительно заготовки. Абразивная обработка происходит в том месте, где проход ограничен. Ключевые компоненты процесса: станки, ин-
струментальная оснастка и абразивная среда. Параметры процесса: давление, скорость потока, число циклов, зернистость и тип среды, оснащение и конструкция приспособлений - влияют на выходной результат AFM (качество поверхности и удаление слоя материала). AFM способна получать отполированные поверхности Ra 0,05 мкм, снять заусенцы на 0,2 мм и получить радиус закругления от 0,025 до 1,5 мм.
AFM имеет широкий спектр применения в таких областях, как аэрокосмическая, медицинская промышленности, электроника, автомобилестроение, производство высокоточных штампов и пресс-форм. Для улучшения качества и текстуры поверхности, повышения производительности происходит усовершенствование существующих технологических процессов и конфигурации компьютера для управления процессом AFM. Для систематизации знаний, повышения производительности, выявления способности корректировать форму геометрии поверхностей исследователи рассмотрели различные версии AFM-станков, сокращенно - AFM, DBGAFF, CFAAFM, спиральное полирование и R-AFF.
