CC BY
22
УДК 655.3.022.55; 655.344
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Д.И. Байдаков, Н.В. Байдакова, Л.Ю. Комарова
Применение измерительных приборов с нормированным измерительным усилием для определения начальной толщины резинотехнических изделий и для оценки восстановления исходных размеров при сохранении давления на образцы приводит к ненадежным результатам. Предложен метод определения размерных характеристик упругих, мягких материалов, находящихся как в свободном состоянии, так и под внешним воздействием, основанный на анализе цифровых микрофотографий концевых сечений образцов. Определение толщины материалов и остаточных деформаций без внешнего воздействия дает объективную оценку их упругих свойств.
Ключевые слова: резинотехническое изделие, офсетное резинотканевое полотно, качество, давление сжатия, деформация, толщиномер, микроскоп.
Крылатые слова Д.И. Менделеева: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры» [1] раскрывают предмет метрологии как науки о методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения их требуемой точности [2].
Достоверная оценка упругоэластичных свойств резинотехнических изделий (РТИ), к которым относят офсетные резинотканевые полотна (ОРТП), невозможна без точного измерения их толщины, как в исходном состоянии, так и после воздействия давления в ротационном печатном аппарате. После выхода офсетного полотна из зоны печатного контакта происходит восстановление его размеров в результате сброса давления на полотно. По степени восстановления исходной толщины полотна судят о его качестве. Таким образом, важнейшее значение для оценки качества ОРТП имеет определение истинных значений его толщины в различные моменты эксплуатации.
При оценке качества резинотехнических изделий определение толщины образцов производят или с помощью толщиномеров и микрометров с нормированным измерительным усилием [3, 4], или с помощью штангенциркуля [5], а также более сложных устройств [6, 7]. Применение того или иного измерительного прибора оговаривается в соответствующих ГОСТах, ТУ, методических указаниях.
Необходимо отметить, что во всех перечисленных методах определения толщины материала образцы РТИ подвергаются механическому воздействию, значения которого изменяются в широких пределах: от 1 • 102 до 8-105 Па [8, 6].
Методы определения толщины образцов РТИ, связанные с механическим воздействием на материал, вносят в определение этого показателя систематическую ошибку. Косвенно наличие этой ошибки признают разработчики методических метрологических документов. Например, в [8] отмечено, что микрометр следует применять только для жестких ячеистых
256
материалов, так как сложно определить начало сжатия эластичного ячеистого материала, при этом измерительные плоскости микрометра необходимо сводить медленно, пока оператор не почувствует слабое сопротивление образца сжатию. Очевидно, что у каждого оператора своя чувствительность к воздействию внешних факторов. В работе [9] при определении толщины резины монолитной структуры рекомендовано применять толщиномер с плоскими измерительными площадками диаметром 10 ... 16 мм, а в случае рыхлых пористых резин - с площадками диаметром 30 мм.
Если с упомянутой систематической ошибкой можно согласиться при контроле соответствия показателей РТИ требованиям ГОСТ или ТУ, в которых эти показатели определены с той же систематической ошибкой, или при определении равномерности резиновых пластин по толщине (раз-нотолщинности), то сравнительная оценка упругоэластичных свойств разных материалов, как показано в статье, может быть недостоверной.
Постоянное нормированное усилие Бн , оказываемое на постоянную площадь измерительных поверхностей толщиномеров 8и (измерительного наконечника и пятки), при измерении толщины вызывает в материале напряжение сжатия о = Бн^и и абсолютную деформацию ЛИ, представляющую собой систематическую ошибку:
ЛИ = Ио - , (1)
где И0 - истинная толщина образца, мм; - толщина образца по показанию толщиномера, мм.
Относительная деформация материала при воздействии нормированного усилия:
е = ЛИ/Ио = о/Ем = Бн /(8иЕм) , (2)
где Ем - модуль упругости материала, Н/мм2.
С учётом (1) и (2) получим:
ЛИ = еИо = БЛо^нЕм) = ^Ьо/Ем , (3)
где ^ = Бн^, Н/мм2 - постоянная для конкретного толщиномера (измерительного устройства с нормированным измерительным усилием) и представляет собой его характеристику, равную давлению, оказываемому на образец.
Таким образом, систематическая ошибка при определении толщины образца РТИ с помощью конкретного измерительного устройства с нормированным измерительным будет тем больше, чем больше истинная толщина И0 и меньше модуль упругости Ем материала. При этом предпочтительно применение прибора с меньшим значением его характеристики
Систематической ошибки в определении толщины материала будет лишен метод, в котором отсутствует механическое воздействие на образец.
В качестве такого метода предлагается метод определения толщины материала по цифровым микрофотографиям торцевого среза образца РТИ, полученным с помощью, например, микроскопа или видеокамеры [10]. Современные цифровые технологии позволяют получать фотоснимки с высоким разрешением и в результате этого определять изменения линейных размеров предметов, с высокой точностью.
257
Ниже приведены экспериментальные результаты, показывающие к каким сомнительным результатам по оценке качества РТИ может привести применение для этой цели устройств с нормированным измерительным усилием.
Согласно методике, рекомендованной в [6], качество офсетных резинотканевых полотен (ОРТП) оценивают по доле относительного остаточного сжатия в относительном суммарном сжатии под давлением 0,8 МПа, равном давлению на полотно в зоне печати. Эта доля не должна превышать 23 %. Определение начальной толщины ОРТП и размеров образца после воздействия давления 0,8 МПа, производят с помощью длиномера ИЗВ-1 [7] под давлением 0,1 МПа.
Определение размерных характеристик полотен произведено с помощью цифрового микроскопа и толщиномеров с характеристикой ^ = 0,1 МПа с индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм (рис. 1).
Рис. 1. Аппаратурное оформление исследования свойств ОРТП: 1 - толщиномер ТН-20Н; 2 - образец ОРТП; 3 - цифровой USB
микроскоп; 4 - монитор; 5 - системный блок ПК; 6 - модернизированный толщиномер ТНМ-10Н с регулируемым
измерительным усилием
Объектами исследования служили ОРТП: Kinyo AIR Excel Atlas Web, DotMaster Eco (далее DotMaster) и KINYO AIR Excel Jupiter UV (далее Jupiter UV). Давление, равное 0,8 МПа, толщиномер ТН-20Н с измерительным усилием 20 Н создавал на образцы ОРТП размером 0,25 см2 (25-10-6 м2), закрепленный на алюминиевой пластине (рис. 2). При этом размеры образца были меньше диаметра измерительного наконечника толщиномера, что способствовало деформированию всего материала. Толщиномер модернизированный ТНМ-10Н применен для измерения начальной толщины и остаточной деформации под давлением 0,1 МПа.
Исследованные ОРТП отличаются строением (рис. 3). Главное отличие состоит в размерах компрессионного слоя, представляющего собой пористую структуру (слой черного цвета).
Результаты оценки качества ОРТП по доле относительного остаточного сжатия в относительном суммарном сжатии приведены в таблице. Опыты выполнены с учетом рекомендаций ВНИИ полиграфии [6].
258
Рис. 2. Образец ОРТП, деформированный под давлением 0,8 МПа
а б в
Рис. 3. Микрофотографии торцевых срезов ОРТП: а - Atlas Web; б - DotMaster; в - Jupiter UV
Толщина образцов определена с помощью толщиномера ТНМ-10Н под давлением 0,1 МПа и по микрофотографиям образцов, находящихся в свободном состоянии. Под давлением 0,8 МПа образцы выдерживались в течение 15 мин. Остаточная деформация определена после восстановления размеров в течение 15 мин при сохранении давления на образец 0,1 МПа и при полном снятии давления. В последнем случае была определена действительно остаточная деформация.
Результаты определения показателей качества ОРТП
Характеристики образцов ОРТП Образцы ОРТП
Atlas Web DotMaster Jupiter UV
толщиномер микроскоп толщиномер микроскоп толщиномер микроскоп
Толщина, мм 1,975 1,995 1,975 2,055 1,995 2,000
Толщина через 15 мин воздействия давления 0,8 МПа, мм 1,845 1,845 1,840 1,840 1,875 1,875
Толщина через 15 мин после сброса давления до 0,1 МПа, мм 1,945 - 1,940 - 1,965 -
Толщина через 15 мин после полного сброса давления, мм - 1,970 - 2,030 - 1,975
Относительная деформация сжатия вмакс через 15 мин воздействия давления 0,8 МПа, % 6,6 7,5 6,8 10,5 6,0 6,3
Относительная остаточная деформация сжатия вост через 15 мин после сброса давления до 0,1 МПа, % 1,5 - 1,8 - 1,5 -
Относительная остаточная деформация вост через 15 мин после полного сброса давления, % - 1,2 - 1,2 - 1,3
Доля относительного остаточного сжатия в относительном суммарном сжатии, % 23 17 26 11 25 21
Как и следовало ожидать, истинная толщина образцов, определённая с помощью микроскопа, больше толщины, измеренной толщиномерами. Различие в измерениях наибольшее для ОРТП Эо1Ма81ег, компресси-онность которого выше.
Практический интерес для эксплуатационников представляет знание способности ОРТП восстанавливать свои размеры после выхода из зоны печатного контакта и полного сброса давления сжатия. Это свойство ОРТП предложено [6] оценивать по доле относительного остаточного сжатия в относительном суммарном сжатии полотна.
Сравнительная оценка способности ОРТП к восстановлению своих размеров при сохранении его деформации может привести к недостоверным результатам, поскольку реакция материала на давление сжатия, оказываемое измерительным инструментом, будет зависеть от упругоэластич-ных свойств полотна. Например, ОРТП Эо1Ма81ег, обладающее из исследованных полотен наилучшей способностью к восстановлению размеров после полного сброса давления, оказывается наихудшим в том случае, когда его качество оценивают при сохранении давления 0,1 МПа на образец (11 % против 26 %). Причинами, приводящими к недостоверной оценке свойств РТИ, являются методические ошибки в метрологическом определении характеристических показателей свойств материала:
определение исходной толщины материала при воздействии на него давления сжатия;
сохранение давления сжатия при оценке способности материала к восстановлению своих исходных размеров.
Деформационные зависимости на рис. 4 имеют разный наклон и берут своё начало из разных точек. При определении начальной толщины полотна с помощью толщиномера имеем случай, когда давление на образец есть, а деформация отсутствует (рис. 4, 1), что не соответствует действительности (рис. 4, 2). Систематическая ошибка в определении толщины материала приводит к завышенной оценке его модуля упругости.
область оптимального давления печати
2
^ 1
-
0 0,2 0,4 0,6 0,8 Рсж, МПа
Рис. 4. Зависимость относительной деформации образца ОРТП Во1Ша$1ег от давления сжатия при определении его начальной толщины по толщиномеру ТНМ-10Н (1) и по микрофотографии (2)
260
Отмеченных недостатков лишен метод определения размерных характеристик материалов, находящихся как в свободном состоянии, так и при внешнем воздействии, основанный на анализе цифровых микрофотографий торцевых срезов образцов РТИ.
Актуальной представляется задача разработки и стандартизации как самого оптического метода измерения размерных характеристик эластичных, мягких материалов, в котором отсутствует какое-либо механическое воздействие на них, так и его аппаратурного оформления.
Список литературы
1. Дмитрий Иванович Менделеев. Цитаты: [Электронный ресурс] URL: https://ru.citaty.net/avtory/dmitrii-ivanovich-mendeleev/ (дата обращения: 06.08.2020).
2. Метрология. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1985. 1600 с.
3. ГОСТ 11358-89. Толщиномеры и стенкомеры индикаторные с ценой деления 0,01 и 0,1 мм. Технические условия. [Электронный ресурс] URL: https://internet-law.ru/gosts/gost/5441/ (дата обращения: 07.08.2020).
4. ГОСТ 6507-90. Микрометры. Технические условия. [Электронный ресурс] URL: https://internet-law.ru/gosts/gost/10856/ (дата обращения: 07.08.2020).
5. ГОСТ 166-89. Штангенциркули. Технические условия. [Электронный ресурс] URL: https://internet-law.ru/gosts/gost/28590/ (дата обращения: 07.08.2020).
6. Методические рекомендации. Пластины офсетные резинотканевые. Общие технические условия. ОАО «ВНИИ полиграфии» (АО ИНПОЛ) [Электронный ресурс] URL: http://docplayer.ru/39531947-Plastiny-ofsetnye-rezinotkanevye.html (дата обращения: 08.08.2020).
7. Федотов Г. И., Ильин Р. С., Новицкий Л. А. [и др.]. Лабораторные оптические приборы. [Электронный ресурс] URL: http://en.bookfi.net /book/1492321 (дата обращения: 08.08.2020).
8. ГОСТ 25015-2017 (ISO 1923:1981). Пластмассы ячеистые и пенорезины. Метод измерения линейных размеров (с Поправкой). [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/document/1200158012 (дата обращения: 08.08.2020).
9. Воробьева А.А., Закатова Н.Д. Материаловедение обувного производства. [Электронный ресурс] URL: http://www.malb.ru/tehly/ materialovedenie045.html (дата обращения: 08.08.2020).
10. Байдаков Д.И. Оптический метод определения набухания крас-копередающего слоя офсетных резинотканевых полотен // Вестник МГУП. М.: МГУП, 2012. № 12. С. 124-128.
Байдаков Дмитрий Иванович, канд. техн. наук, доцент, ёт1Ъа1ё2012@уапёех. ги, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
261
Байдакова Нина Владимировна, канд. техн. наук, доцент, dinibaid2012@yandex. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Комарова Людмила Юрьевна, канд. техн. наук, доцент, luknew@yandex. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
METROLOGICAL ASSESSMENT OF THE QUALITY RUBBER PRODUCTS D.I. Baidakov, N. V. Baidakova, L. Yu. Komarova
The use of measuring devices with a normalized measuring force for deter-mining the initial thickness of rubber products and evaluating the recovery of the original dimensions while maintaining pressure on the samples leads to unreliable results. A methodfor determining the dimensional characteristics of elastic, soft materials that are both in the free state and under external influence, based on the analysis of digital microphotographs of the end sections of samples, is proposed. Determining the thickness of materials and residual deformations without external influence gives an objective assessment of their elastic properties.
Key words: rubber product, offset rubber fabric, quality, compression pressure, deformation, thickness gauge, microscope.
Baidakov Dmitri Ivanovich, candidate of technical science, docent, dini-baid2012@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Baidakova Nina Vladimirovnah, candidate of technical science, docent, dini-baid2012@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Komarova Lyudmila Yurievna, candidate of technical science, docent, luknew ayandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 658.562; 621.9
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕЖОПЕРАЦИОННОГО НАКОПЛЕНИЯ ПРОДУКЦИИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
А.С. Горелов
Рассмотрена возможность использования автоматизированного статистического контроля качества применительно к межоперационному контролю. Предложены схемы реализации метода в производстве штучной и нештучной продукции.
Ключевые слова: статистический контроль, технологические позиции, накопитель продукции.
Связь между оборудованием в последовательности технологического процесса может быть жесткой и гибкой. В случае жесткой связи с помощью межоперационного сблокированно-жесткого транспортера (например, транспортного ротора или конвейера) емкость межоперационного накопителя соответствует числу позиций транспортера, находящихся между технологическими позициями. В случае гибкой связи технологических
262
