CC BY
18
Вступ. 1стотного пiдвищення якостi фанери можна досягти шляхом удо-сконалення виробництва i методiв контролю якостi продукцií. У сучасних умо-вах дедалi бшьшого поширення набувае неруйнiвний контроль продукцп на ок-ремих етапах виробництва.
Найпоширешшим методом автоматизованого неруйнiвного контролю фанери е ударно-акустичний [1]. Акустичш хвилi легко проникають у будь-який матерiал, активно взаемодiють з атомами решггки i найчастiше надають унiкальну iнформацiю про середовище поширення. За допомогою акустичних методiв у фанерi можливо знайти поверхневi та внутршш дефекти, тобто пору-шення суцiльностi, неоднорiдностi структури, дефекти склейки тощо [1].
Результати вимiрювань можна використовувати як для селективного со-ртування матерiалу, так i для автоматизованого коригування технологiчних процесiв виготовлення матерiалу.
Результати дослiдження. За наявносп у листi фанери такого дефекту розшарування, структуру локально'' дтянки, де знаходиться дефект, можна представити у виглядi двох пластини, опертих по краях, з пов^яним прошар-ком мiж ними. Умовне зображення тако' дтянки показано на рис. 1.
Модель дефекту в такому виглядi дае шдстави припустити, що за меха-нiчного впливу на вирiб з композитного матерiалу ударним методом, у ньому, залежно вщ наявностi на дiлянцi дефекту, будуть виникати рiзнi за формою та величиною акустичш коливання. Аналiз кшькосп та спектрального складу на рiзних дiлянках композитного матерiалу дасть змогу виявляти дефекти ударним методом, при цьому iнформативними параметрами можуть бути резонанст час-тоти коливань елеменпв дефекту, амплiтуда та затухання коливань [2, 3].
Контроль якосп доцшьно здiйснювати на фiнальному етапi виробництва, шляхом шдрахунку кiлькостi дефектш на кожному лисп. Селективне сортуван-ня можна здiйснити на основi отриманих даних про кiлькiсть дефектiв, залежно вщ яко' продукцш буде вщнесено до певно'' умовно' категорп. Автоматизацш процесу селективного сортування можна здшснити зi застосуванням установки, структурну схему яко' наведено на рис. 2. Установка складаеться з ударного да-вача, шдсилювача, аналого-цифрового перетворювача, мкропроцесора, цифрового вдикатора, зворотного перетворювача та маркерного пристрою.
Маркерний пристрш перемiщуеться вздовж одте'* зi сторш листа фанери за ударним давачем. Ударний давач мютить у собi ударник з п'езоелементом та котушку солено'д для керування перемiщенням ударника. Керування перемь щенням здiйснюеться шляхом подачi на солено'д напруги живлення вiд зворотного перетворювача, внаслщок чого створюеться магнiтне поле, яке притягуе ударник. Пiсля вимкнення напруги магштне поле зникае i ударник тд дiею си-
Рис. 1. Умовне зображення дтянки фанери з дефектом
Науковий вкнпк НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.4
ли тяжшня вдаряе по дослiджуванiй дiлянцi фанери. Сила удару е набагато мен-шою за межу мiцностi деревини [1], тому не виникае пошкоджень фанери.
Рис. 2. Установка для неруйтвного контролю та автоматизованого селективного сортування: 1) ударний датчик; 2) ударник з вбудованим п'езоелементом; 3) соленогд;
4) тдсилювач; 5) аналого-цифровий перетворювач; 6) мЫропроцесор; 7) цифровий Iндикатор; 8) зворотний перетворювач для керування ударником; 9) маркерний пристрш; 10) контрольований матер1ал
Внаслщок удару в матерiалi виникають коливання, за частотним спектром та ктьюстю пульсацш сигналу яких можна судити про розмiри та глиби-ну залягання дефекту [3]. Коливання, спричинеш ударником, перетворюються п'езоелементом в електричний сигнал, який тдсилюеться, перетворюеться у цифровий код та надходить на мiкропроцесор, де аналiзуеться. Результати ана-лiзу виводяться на цифровий шдикатор. У разi наявностi дефекту маркерний пристрш за командою вгд мжропроцесора наносить на край фанерного листа вщзначку фарбою, видимою лише в ультрафюлетовому випромiнюваннi. У разi вiдсутностi дефектiв позначка не наноситься. Застосування тако'1 фарби дасть змогу приховати всi позначки у видимому свпш, не спричиняючи ефекту заб-рудненостi продукцií. Пiсля повного затухання коливань давач перемiщуеться на нову дшянку i процес повторюеться до повного завершення дефектоскопп листа у всГх попередньо визначених точках.
Селективне сортування оброблених таким чином лиспв може бути здш-снене двома шляхами. На лист фанери направляеться потш ультрафюлетового випромiнювання, в якому мГтки починають свiтитися. Кiлькiсть мгток можна оцiнити вiзуально, на основi чого зробити висновок про придатшсть цього листа фанери до використання та про його яюсть. Процес можна автоматизувати шляхом застосування для ощнки кiлькостi мiток оптичного приймача. Схему тако''установки наведено на рис. 3.
За командою з мжропроцесора ультрафюлетова лампа вмикаеться. Шд дiею ультрафiолетового випромгнювання мiтки починають свГтитися у видимому дiапазонi. Свiтло вiд мiток, через спещальний свiтлофiльтр, який пропускае лише випромiнювання з довжиною хвилi, яка вщповщае випромiнюванню вiд фарби, надходить на оптичний приймач. Вихiдний сигнал приймача залежить вiд кiлькостi нанесених на лист мггок i чим вона вища, тим бшьше на лисп де-фектiв г тим нижча його яюсть.
Рис. 3. Структурна схема установки для селективного сортування: 1) оптичний перетворювач; 2) аналого-цифровий перетворювач; 3) мжропроцесор; 4) зворотний перетворювач для керування лампою; 5) цифровий Iндикатор; 6) улътрафюлетова лампа; 7) лист фанери з нанесеними фарбою м!тками
Застосування запропоновано'' системи в поеднанш з автоматизованою лЫею дасть змогу одразу вщправляти фанеру на вщповщт склади для продук-цп певно'' сортносп або сигналiзувати про потребу переналаштування виробни-чо'' лiнií у разi надто високого рiвня браку.
Висновки. Запропонована система дае змогу здшснювати швидкий не-руйнiвний контроль якосп фанери та и автоматизоване селективне сортування. Як мжропроцесорну систему можна застосувати персональний комп'ютер з вщ-повiдним програмним забезпеченням.
Запропонований споаб контролю та селективного сортування дае змогу значно пришвидшити процеси сортування та контролю якосп фанери на кшце-вому етапi виробництва.
Лггература
1. Головач В.М. Анатз реакци елеменйв фанери на ударш впливи / В.М. Головач, О С. Баранова // Жсове i садово-паркове господарство : електронний фаховий журнал. - 2015. - № 8. -123-136.
2. Баранова О С. Дефектоскопш композитних матерiалiв з застосуванням ударно-акустич-ного методу неруйшвного контролю / О С. Баранова // Вкник Ктвського нацiонального ушвер-ситету технологiй та дизайну. - К. : Вид-во КНУТД. - 2015. - № 6(92). - С. 150-156.
3. Головач В .М. Анатз впливу характеристик дефекту фанери на кшьюсть пульсацш ви-х1дного сигналу ударного датчика / В.М. Головач, О С. Баранова // Науковий вкник НЛТУ Укра-!ни : зб. наук-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украни. - 2015. - Вип. 25.10. - С. 280-286.
Надшшпа доредакци 04.05.2016р.
Баранова О.С., Василенко Н.П., Скрипник И.Ю., Головач В.М. Нераз-рушающий акустический контроль качества фанеры с автоматизированной селективной сортировкой
Рассмотрена проблема автоматизации процесса обнаружения внутренних дефектов фанеры с последующей селективной сортировкой в зависимости от их количества. В условиях современного производства для дефектоскопии фанеры применяется метод ручного простукивания, который требует значительных временных затрат, поэтому возникает необходимость создания оборудования неразрушающего контроля для определения расслоенных областей фанеры на ранних стадиях производства или контроля ее качества на конечных стадиях.
Предложен метод автоматизированной маркировки и селективной сортировки фанеры на конечном этапе производства по количеству наличествующих дефектов, который позволяет существенно ускорить процесс дефектоскопии.
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2016. - Вип. 26.4
Ключевые слова: фанера, неразрушающий контроль, метод свободных колебаний, селективная сортировка.
Baranova O S., Vasylenko M.P., Skrypnyk I.Yu., Golovach V.M. Nondestructive Acoustic Quality Control of Plywood with Automated Selective Sorting
The problem of plywood internal defects detection with the next selective sorting depending on the number of defects is studied. Nowadays the most common method of plywood non-destructive testing is the manual acoustic method. Such method is time-consuming, so it is necessary to create the non-destructive testing equipment to detect the bundle defect at the early production stages or to perform the quality control at the final production stages. The method automated defects marking and selective sorting of plywood at the final production stages by the number of detected defects that allow increasing the non-destructive testing speed is proposed.
Keywords: plywood, non-destructive testing, free oscillations method, selective sorting.
УДК 621.9:048.6
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТА ОПТИМ13АЦ1Я КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТР1В МАТРИЦ ВИРУБНОГО ШТАМПУ
М.В. Бойко1, О.Т. Велика2, С.€. Ляскоеська3, Н.-Т.1. Великий4
Проведено розрахунок конструкщ! матриц вирубного штампу на мщшсть i жорс-тюсть методом скшченних елеменпв. Для цього побудовано 3Э модель матрищ i вико-нано розрахунок за допомогою прикладно! бiблiотеки АРМБЕМ, яка призначена для виконання експрес-розрахунюв твердотшьних об'ектш у системi КОМПАС-3Э i вiзуалi-защ1 результатов цих розрахункiв. На осж^ аналiзу отриманих результатiв оптировано юнуючу конструкдiю матрицi, яка задовольняе умови й' експлуатащ!. Запропонова-ний аналiз розрахунку дае змогу перейти до вдосконаленого варiанта конструкщ! мат-рицi, що забезпечуе рiвномiрний розподiл навантаження по периметру контуру детали яка вирубуеться.
Ключовi слова: матриця, вирубний штамп, пуансон, скшченно-елементний аналiз.
Вступ. Штамп - шструмент, призначений для надання деталГ задано' конфГгурацц за допомогою пластично' деформацп заготовки або подшом ц на частини. Для кожно' деталГ потрГбен свш штамп. КласифГкують штампи за тех-нолопчними Г конструктивними ознаками.
До технолопчних належать: виконувана операцгя - вирубування, гнуття, витяжка; стушнь складност операщй (поеднання операцш). До конструктивних ознак належать: способи з'еднання робочих частин, фшсацгя заготовок, методи знгмання та видалення виробГв у процес штамповки.
Назву штампу визначае виконувана операцгя: вирубку виконують на ви-рубних штампах, витяжку - витяжними, згинання - згинальними Г т. гн. Прин-ципова ввдмГншсть цих штампгв полягае в конструкцц деталей технолопчного призначення - пуансона та матрищ [1]. Вирубкою називають вирГзування мате-рГалу по замкнутому контурГ на пресах Гз застосуванням штамтв для отриман-ня зовшшнього контуру детали
1 ст. викл. М.В. Бойко - НУ "Львгвськаполггехнка";
2 доц. О.Т. Велика, канд. техн. наук - НУ " Льв1вська полггехнка";
3 асист. С.€. Лясковська, канд. техн. наук - НУ "Льв1вськашлггехн1ка";
4 студ. Н.-Т.1. Великий - НУ "Льв1вська полггехнка"
Робоча частина пуансона вирубного штампа вiдповiдаe формi контура деталi, яка вирубуеться. Матриця штампу мае отвiр, який вДдповДдае контуру пуансона i3 заданим зазором, який залежить вiд товщини матерiалу деталi. Заготовкою для вирубки е листовий матерiал. Вирубкою отримують зовнiшнiй контур деталi, а також внутрДшш контури - отвори. За якДстю поверхнi розрiзняють звичайну i чистову вирубку. У технологДчному процесi використовують, вДдпо-вiдно, вирубш штампи i пробивнi штампи.
Конструкщя деталi та ii функщональне призначення у складальнiй оди-ниц впливають на прийняття багатьох технДчних рДшень пiд час побудови тех-нологДчного процесу ii механiчного оброблення. Перед подачею деталi на ви-робництво потрДбно, проаналiзувавши складальне креслення та конструкцда де-талi, виявити проблемш дДлянки, усунути вузькД мДсця в ii небезпечних перерД-зах. Тому шд час проектування треба уявляти конструкцда деталi, ii призначення у складальнш одинищ принцип роботи, взаемодДю з Дншими деталями. Важ-ливим етапом е побудова креслення деталД, розроблення 3D моделi, розрахунок ii на мщшсть та жорсткДсть.
У роботах [3, 4] виконано потрДбнД розрахунки, якД вирiшували подДбш проблеми шд час конструювання технологДчного оснащення. Так, у роботД [3] методом скДнченних елементiв проведено розрахунок прямокутно!' матринi прес-форми на мщшсть i жорсткДсть.
Методика розв'язування. Шд час проектування оснащення на вироб-ництвД для скорочення термiну проектування, часто як аналог використовують рашше спроектоване оснащення штампу на деталь, яка за конфДгурацДею подДб-на на деталь, для яко! проектуеться штамп. Здебiльшого, в разi використання такого аналогу для нового проекту розрахунки не виконують, а лише коректу-ють саму конфiгуранiю на робочих кресленнях. Тому прорахунки, допущенi шд час конструювання такого оснащення, виявляються вже шд час ii експлуатацп. У нашому випадку в процесД експлуатацп виникае руйнування елемента матри-Hi, яка формуе зовшшнш контур.
Матриця е одшею Дз основних деталей, шд час проектування яко! вДдбу-ваеться процес формування виробДв з будь-яких листових матерДалДв. Одним з основних крокДв покращення конструкций матриц та запобДгання ii руйнуванню у процесД експлуатацп полягае в усуненш вузьких мДсць у "небезпечних" пере-рДзах. ГеометрДя деталД визначае конфДгурацДю матрицД. ДослДджувану констру-кцДю матриц вирубного штампу, яка в процесД експлуатацп руйнувалась, показано на рис. 1.
ПотрДбно оптимДзувати Дснуючу конструкцда матриц так, щоб вона за-довольняла умови ii експлуатацп.
Використаемо для дослДдження та аналДзу напружено-деформованого стану матриц вирубного штампу на мщшсть i жорсткДсть метод скДнченних елементДв CAE системи. ПровДвши розрахунки цДех конструкцп матриц методом скДнченних елементДв, визначаемо проблемш дДлянки матриц, де е висока ймовДршсть ii руйнування. Метод скДнчених елементДв (МСКЕ або FEM - Finite Element Method) сьогодш широко використовують для вирДшення рДзних зав-дань мехашки деформованого твердого тДла, зокрема - для виконання експрес-розрахункДв на мДцшсть на етапД 3D-проектування конструкцш.
