CC BY
10
УДК 621.7.04; 621.7.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-269-274
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОЛЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКОЙ, МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
И.А. Соболев, Н.А. Бунина, Е.Ю. Максимович, Е.А. Алексеева, В.А. Соколова, А.В. Миранович
В результате пластического деформирования происходят изменения в строении металла, все это определяет возникновение акустической эмиссии (АЭ). По полученным экспериментальным данным можно судить о развитии процесса деформации в обрабатываемой заготовке. Переход к исследованию металлов с помощью условных акустико-эмиссионных кривых в безразмерных относительных величинах, может способствовать более быстрому внедрению АЭ в процессы производства, так как вопросы стандартизации, которое, пока еще полностью не решены, при таком подходе остаются в стороне.
Ключевые слова: холодная штамповка, деформация, акустическая эмиссия, контроль качества, обжим.
В машиностроении широко применяются изделия, изготовленные способами штамповки [1-4] (рис.1). Обработка давлением применяется при изготовлении этих деталей, как на этапе заготовительного производства, так и на этапе окончательного изготовления. Изделия, полученные способами штамповки, применяются в различных отраслях машиностроения. Перечислим некоторые изделия (рис.1), основными технологическими операциями при их изготовлении являются операции холодной штамповки: гильзы [2], оболочки, баллоны, сосуды, работающие под давлением и др.
Рис. 1. Изделия, изготовленные методом холодной штамповки
К изделиям, работающим в различных узлах, предъявляется требование по обеспечению заданных эксплуатационных свойств в установленных пределах в течение определенного времени. Не допускается наличие наружных и внутренних дефектов в материале изделий, что может привести к разрушению в процессе эксплуатации. Недопустимо возникновение остаточных напряжений более установленного уровня. Важным является обеспечение требуемых физико-механических свойств готовых изделий.
Для контроля параметров качества (геометрических параметров и механических свойств), а также обнаружения внутренних дефектов применяют различные методы контроля. Существующие методы контроля применяют на стадии изготовления и подготовки изделия к эксплуатации. Изделия, изготовленные способами штамповки, в процессе эксплуатации подвергаются различным нагрузкам, что в свою очередь приводит к изменению их параметров. ГОСТы и технические условия устанавливают допустимые интервалы изменения различных параметров, с учетом высоких требований по долговечности, стабильности свойств и размеров, сохранение динамических характеристик и релаксационных свойств. В производстве отсутствуют методики
оценки таких важнейших показателей по надежности и долговечности, неизменности основных характеристик. Поэтому актуальной задачей является развитие и совершенствование методик контроля, применяемых на стадии подготовки изделия к эксплуатации, способных спрогнозировать свойства контролируемого элемента на длительный период времени. Интерес для развития этого направления представляют неразрушающие методы контроля, в том числе метод акустической эмиссии.
Материалы и методы исследования. Акустическая эмиссия (АЭ) - излучение материалом механических волн, вызванное внутренней динамической локальной перестройкой его структуры. Метод акустической эмиссии [1] относится к неразрушающим методам контроля качества изделий. В процессе исследований материалов и изделий методом акустической эмиссии источником сигналов является исследуемый объект, который находится под нагрузкой. Метод акустической эмиссии может быть использован для исследовательских целей при испытаниях на прочность (контроль структурного состояния и качества металлов), для контроля сосудов и трубопроводов, работающих под давлением, самолетных и космических конструкций, для контроля качества сварки, сварных соединений и других объектов. Таким образом, большинство стандартных испытаний с использованием АЭ, проводимых в лаборатории, и что еще более важно, контроль качественного состояния работающих агрегатов на различных стадиях производственного процесса может быть проведен в поле механических напряжений ниже предела упругости без нарушения целостности образца. Такие напряжения локализуются вблизи дефекта, вызывая в этой области пластическую деформацию, в то время как остальной материал не претерпевает изменений. Степень пластической деформации, которая возникает в случае наличия дефекта, зависит от размера дефекта, его положения по отношению к приложенному напряжению, от структуры материала и т.п. Измеряемыми источниками АЭ являются или элементы пластической деформации, или элементы разрушения.
Целью экспериментального исследования являлось определение возможности применения метода акустической эмиссии для контроля качества изделий, изготовленных способами штамповки на стадии подготовки изделия к эксплуатации. Экспериментальные исследования по регистрации сигналов АЭ проводились применительно к завершающей операции «обжим». Технологическая операция обжим [2] применяется для изготовления различных полых цилиндрических заготовок, гильз различного назначения, баллонов и др. (рис.2). В ходе проведения экспериментального исследования датчик АЭ устанавливался на матрицу для обжима (рис.2а). Сигналы АЭ регистрировались программно-аппаратным комплексом «Pro Fe» [5-8] (рис.2б).
Акустико- эмиссионная система
а б
Рис. 2. Система акустической эмиссии «PRO Fe» и схема регистрации сигналов
АЭ в процессе проведения технологической операции обжим: 1 - плита, передающая технологическое усилие на заготовку; 2 - обжимаемая заготовка; 3 - матрица; 4 - опорная плоскость; 5 - датчик АЭ
Экспериментальными образцами являлись полые цилиндрические заготовки (рис.1), используемые для получения гильз. Регистрировались параметры акустической эмиссии ( N — суммарная АЭ, количество выбросов, Ад — амплитуда дискретной АЭ, Е — энергия АЭ,
270
длительность сигнала АЭ, время нарастания сигнала АЭ). Технологическая операция обжим производилась на испытательной машине ИМЧ-30 модернизированной (рис.3) с записью диаграммы сила (Р) - перемещение инструмента (1).
Рис. 3. Испытательная машина ИМЧ- 30
Результаты и их обсуждение. На рис.4 представлены совмещенные зависимости (рис.4, а, б), полученные в процессе проведения эксперимента с образцом в котором наблюдалось образование поперечной складки (рис.5, в). На рис.4 а представлены совмещенные зависимости силы (Р) от перемещения инструмента (1) и амплитуды сигналов АЭ (Ад) от времени На рис.4 б представлены совмещенные зависимости силы (Р) от перемещения инструмента (1) и энергии сигналов АЭ (Е) от времени Уровень дискриминации в эксперименте был равен 39 дБ. В момент образования складки наблюдался резкий всплеск сигналов АЭ, а также значительный прирост параметра амплитуды и энергии АЭ. В процессе образования складки значение амплитуды (Ад) достигло максимального значения Ад = 75 дБ (рис.4а), это значение является максимальным в течение всего времени операции обжим. Полученные результаты представлены на совмещенных зависимостях (рис.4). Энергия (Е) достигла максимального значения в процессе образования складки и достигла значения Е = 147000000 ей. Сила в процессе проведения эксперимента не превысила значения Р = 7 тонн.
Процессы деформации и разрушения в материале служат источниками эмиссии, сигналы которой, регистрируемые с помощью высокочувствительных датчиков, могут давать детальную информацию об этих процессах. Форма сигналов и частотный спектр в значительной степени определяются акустическими характеристиками системы образец — датчик. Обнаружено существенное различие формы и частотного спектра сигналов, возникающих в процессе пластической деформации (высокочастотная АЭ) и при актах хрупкого разрушения (низкочастотные вспышки). Очевидно, что источником АЭ является нестационарное необратимое лавинообразное движение дислокаций, происходящее при отрыве их от точек закрепления в области микропластичности и при прорыве дислокационными скоплениями барьеров в виде сидячих дислокаций на стадии деформационного упрочнения. Переход материала из упругого состояния в пластическое характеризуется резким изменением сигналов АЭ, что может служить точным индикатором этого момента. Он зависит от следующих основных факторов: размеров образца (объем), скорости деформации (перемещение дислокаций), колебания химического состава (несовершенство границ), структуры материала (протяженность границ) [9-11].
Выводы. Полученные экспериментальные результаты говорят о возможности использования метода акустической эмиссии в процессе технологической операции обжим. Технологическая операция обжим широко применяется при получение различных изделий машиностроения. Например, в крупносерийном производстве, для интенсификации производства применяются автоматические роторные линии. Обнаружение наружных и внутренних дефектов связано со значительными трудозатратами, а также потери значительного времени. В случае проведения исследований, направленных на установление возможности встраивания методики контроля качества, основанной на явлении акустической эмиссии, в технологический процесс позволит снизить материальные и временные затраты на осуществление контроля качества.
в
Рис. 4. Совмещенные зависимости сила - перемещение инструмента и амплитуда (энергия) АЭ от времени: а - совмещенные зависимости сила (Р) - перемещение инструмента (l) и амплитуды сигналов АЭ(Ай) от времени (t); б - совмещенные
зависимости сила (Р) - перемещение инструмента (l) и энергии сигналов АЭ (E) от времени (t); в - фотография образца с поперечной складкой
А возможно и повысить качество контрольных операций в связи с наличием преимуществ и особенностей метода акустической эмиссии, по сравнению с существующими методами контроля. В настоящее время явление акустической эмиссии используют для контроля состояния нагруженных деталей. Накопленный экспериментальный опыт доказывает возможность и целесообразность использования метода акустической эмиссии для определения пределов упругости и текучести металлов. Несомненную пользу он может принести при оценивании пластичности. Определение внутренних дефектов и их координат методом акустической эмиссии в производственных условиях имеет большое значение для совершенствования технологических процессов обработки металлов.
Список литературы
1. Лясников А.В., Агеев Н.П., Кузнецов Д.П. [и др.]. Сопротивление материалов пластическому деформированию в приложениях к процессам обработки металлов давлением. -СПб.: Внешторгиздат-Петерург, 1995. 526 с.
2. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Технология производства патронов стрелкового оружия. Ч.1. Технологические основы проектирования патронов: учебник. СПб.: Изд-во БГТУ, 2005. 352 с.
3. ГОСТ 3057-90. Пружины тарельчатые. Общие технические условия. М., 1991.
38 с.
4. Винник П.М., Ремшев Е.Ю., Затеруха Е.В., Филин Д.С. Расчет напряженно-деформированного состояния заготовки при вытяжке с утонением стенки через матрицу с малым углом конусности // Вестник Московского государственного технического университета им.
H.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2019. № 4 (127). С. 71-86.
5. Remshev E., Gusev A., Voinash S., Vornacheva I., Scherbakov A., Kuzmin O., Sokolova V. Application of the acoustic emission method for estimating the residual life of elastic elements at the stage of preparing a product for operation // Materials Science Forum, 2022. P. 289-294.
6. Olehver A.I., Remshev E.Yu., Vornacheva I.V., Scherbakov A.P., Voinash S.A., Teterina
I.A. The evaluation of the possibility of using the acousticemission method for monitoring critical membranes // Journal of Physics: Conference Series. II International Scientific Conference on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT II-2021). Krasnoyarsk, 2021. P. 52009.
272
7. Ремшев Е.Ю., Соболев И.А., Олехвер А.И., Лукичев В.Ю. Разработка бортового комплекса неразрушающего контроля конструкции летательного аппарата методом акустической эмиссии // Noise Theory and Practice. 2021. Т. 7. № 2 (24). С. 65-82.
8. Олехвер А.И., Богданов А.В., Ремшев Е.Ю., Силаев М.Ю. Качественная оценка применения метода акустической эмиссии для контроля давления срабатывания мембран ответственного назначения // Noise Theory and Practice. 2021. Т. 7. № 3 (25). С. 16-28.
9. Авербух И.И., Вайнберг В.Е. Зависимость акустической эмиссии от деформации в разных материалах // Дефектоскопия. 1973. № 4.
10. Андронов В.М., Бибик З.И., Нерубенко В.В., Самсонин АЛ. Изучение пластической деформации алюминиевых сплавов методом акустической эмиссии и рентгеноструктурный анализ // Металлофизика, 1985. №3. C. 83-87.
11. Андронов В.М., Бибик З.И. и др. Связь акустической эмиссии алюминиевых сплавов Д16 и АМГ-6М с изменениями дислокационной структуры, определяемыми по электронномик-роскопическим данным // Металлофизика, 1985. № 1.
Соболев Илья Александрович, аспирант, sobolmen98@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова,
Бунина Надежда Александровна, д-р техн. наук, профессор, академик, bunina@mail.wplus.net, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургская инженерная академия,
Максимович Елизавета Юрьевна, студент, maksimovi-liza@mail.ru, Россия, Новосибирск, Новосибирского государственного технического университета,
Алексеева Елена Аркадьевна, старший преподаватель, olgakameneva@gmail.com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М.Кирова,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, sokolova_vika@inbox.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного,
Миранович Алексей Валерьевич, канд. техн. наук, доцент, первый проректор, miron23k@tut.by, Республика Беларусь, Минск, Белорусский государственный аграрный технический университет
STUDY OF THE QUALITY OF HOLLOW BODY PARTS PRODUCED BY COLD FORGING USING THE ACOUSTIC EMISSION METHOD
I.A. Sobolev, N.A. Bunina, E.Yu. Maksimovich, E.A. Alekseeva, V.A. Sokolova, A.V. Miranovich
As a result of plastic deformation, changes occur in the structure of the metal, all of which determines the occurrence of acoustic emission (AE). According to the experimental data obtained, one can judge the development of the deformation process in the workpiece being processed. The transition to the study of metals using conditional acoustic emission curves in dimensionless relative values can contribute to a ^ faster introduction of AE into production processes, since the issues of standardization, which have not yet been fully resolved, are left aside with this approach.
Key words: cold forging, deformation, acoustic emission, quality control, crimping.
Sobolev Ilya Aleksandrovich, postgraduate, sobolmen98@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D.F. Ustinov,
Bunina Nadezhda Alexandrovna, doctor of technical sciences, professor, academician, bu-nina@mail.wplus.net, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Academy of Engineering,
Maksimovich Eizaveta Yurievna, student, maksimovi-liza@mail.ru, Russia, Novosibirsk, Novosibirsk State Technical University,
Alekseeva Elena Arkadievna, senior lecturer, olgakameneva@gmail.com, Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State Forest Technical University,
Sokolova Viktoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolova_vika@in-box.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny,
Miranovich Aleksey Valerievich, candidate of technical sciences, docent, first vice-rector, miron23k@tut.by, Republic of Belarus, Minsk, Belarusian State Agrarian Technical University
УДК 655.3.062
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-274-279
ПРИМЕНЕНИЕ КВАЛИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ
КАЧЕСТВА УПАКОВОК
Д.В. Комаров
В статье рассмотрен предложенный метод оценки качества упаковочной продукции на примере сувенирных картонных упаковок, основанной на квалиметрическом анализе с применением экспертного метода с помощью которого была проведена оценка качества печати, оценка декоративной отделки и оценка качества конструкции упаковки.
Ключевые слова: качество упаковки, оценка качества упаковки, сувенирная картонная упаковка, флексографская печать, отделка упаковочной продукции.
Качество функциональных и эстетических свойств полиграфической и упаковочной продукции способствует повышению спроса и удовлетворению потребительских потребностей.
Современный рынок диктует новые критерии успеха компаний, к которым относится не столько наращивание объемов производства, сколько эффективность технологий продвижения товара. При перенасыщении рынка важнейшим критерием выбора товара является внешний вид упаковки [1]. В связи с этим производители стремятся улучшить качество упаковки выпускаемой продукции и разнообразить традиционные виды упаковочных материалов различными видами отделки.
В последние годы все большее распространение получают методики оценки качества, основанные на квалиметрическом анализе. Квалиметрия позволяет не просто получать данных о качестве продукта или услуги, но и контролировать уровень этого качества в динамике, проводить планирование качественных показателей и выбирать наиболее оптимальный вариант производства продукции или оказания услуги. Еще одним бесспорным преимуществом квалиметри-ческого метода является возможность контролировать качество продукции на разных этапах производственного цикла. В основе получения самых точных результатов лежит грамотный выбор оцениваемых параметров, наиболее походящих под поставленную задачу [2, 3].
Проведение оценки качества обуславливается необходимостью совершенствования объекта, улучшения его основных характеристик и повышения полезного эффекта при использовании объекта.
В качестве примера рассмотрим применение данного метода для проведения оценки качества сувенирной картонной упаковки. Эта методика позволяет одновременно рассматривать оцениваемый объект и как упаковку, к которой предъявляются требования по сохранению товара и как декоративный объект, призванный привлекать внимание потребителей. При этом будут учитываться разные параметры в одной системе оценивания за счет использования безразмерных показателей качества и коэффициентов весомости.
Для получения максимально достоверного результата очень важно правильно выбрать оцениваемые параметры, которые войдут в состав комплексного показателя качества. Так как основной функцией сувенирной упаковки является декоративная, в первую очередь внимание будет уделяться качеству печати и декоративной отделке. Условно разобьем тестируемые параметры на три категории: оценка качества печати, оценка декоративной отделки и оценка качества конструкции упаковки.
