CC BY
14
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Герасимов В.Я., Герасимова О. В. Курганский государственный университет, г. Курган
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Применяемые в машиностроении методы контроля металлопродукции являются в основном разрушающими или требуют изготовления опытных образцов со специальной их подготовкой к испытаниям (например, при определении твердости или предела прочности). При этом применяется достаточно сложная аппаратура и приборы при рентгеновском, ультразвуковом контроле и при контроле твердости. В то же время известно [1], что для металлов имеется определенная взаимосвязь между физическими и механическими свойствами, такими как плотность, электропроводность, магнитная проницаемость, твердость, пределы текучести и прочности и др.
Использование при контроле металлопродукции именно физических свойств металла (как в исходном состоянии, так и на различных стадиях его переработки на машиностроительные изделия обработкой резанием, пластическим деформированием, сваркой и др.) позволяет применять высокоэффективные неразрушающие электрические методы.
Наиболее распространенным является электроиндуктивный метод [2-4], основанный на взаимодействии электромагнитного поля с металлом в контролируемой зоне. При этом энергия передается от генератора гармонических колебаний к рабочему индуктивному датчику напрямую или через промежуточный индуктивный преобразователь [5].
Глубина проникновения электромагнитного поля в металл зависит от частоты колебаний и может регулироваться в зависимости от материала, вида изделий и контролируемого параметра [6].
Частота колебаний Глубина проникновения, мм 50 Гц 1,3
10 КГц 0,093
1,0 МГц 0,0093
Необходимо отметить, что чувствительность приборов электроиндуктивного действия и точность контроля возрастают с увеличением частоты, поэтому часто применяется рабочая частота от 3-5 МГц до 15-20 МГц. Кроме того, уменьшение частоты вызывает увеличение размеров рабочего датчика. Так, при частоте 3-5 МГц рабочий датчик цилиндрической формы имеет размеры: диаметр 3-5 мм и длина 10-15 мм. При частоте генератора до 100 КГц размеры возрастают значительно - в 8-10 раз. Это, в свою очередь, требует применения совершенно других схем электрических генераторов [2,7], способов согласования рабочего датчика с генератором электромагнитных колебаний и методик неразрушающего контроля.
Наибольшее применение имеют автогенераторные схемы [2], когда электроиндуктивный датчик является элементом резонансного контура. Однако такие схемы имеют определенные недостатки. Это изменение частоты
генератора в процессе контроля (при наложении датчика на контролируемый объект), недостаточная чувствительность и избирательность.
Для повышения качественных характеристик контроля В.Я. Герасимовым разработана структурная и электрическая схема генератора на базе самовозбуждающегося мультивибратора [5], в которой устранены указанные недостатки. Такая схема генератора и созданные на ее основе портативные приборы электроиндуктивного действия успешно апробированы при неразрушающем контроле твердости термообработанных стальных пружинных шайб на Магнитогорском калибровочном заводе, плоских неразрезных шайб, болтов, винтов и шпилек.
Схема обладает высокой чувствительностью и избирательностью, что позволяет контролировать раздельно такие свойства металла и металлических изделий, как содержание углерода, твердость в исходном состоянии и на различных стадиях переработки (включая термические операции), прочностные характеристики для стержневых изделий и др. Возможен также контроль неравномерности деформационного и термического упрочнения, наличия дефектов на поверхности и внутри металла и изделий (например, раковин, пустот, разрывов и расслоения).
При электроиндуктивном контроле широко применяются различные рабочие датчики как накладные с различным диаметром контактной части, так и проходные, когда контролируемая деталь устанавливается внутри датчика. Форма и размеры рабочего датчика также зависят от вида контролируемого объекта, но в каждом отдельном случае требуется расчет или подбор параметров рабочего датчика - индуктивности, емкости контурного конденсатора и согласования с параметрами задающего генератора.
В принципе возможен неразрушающий экспресс-контроль неметаллических материалов, например, твердых токонепроводящих - бетона, керамики, мрамора и др., а также жидких сред - воды, травильных и закалочных ванн, химических растворов [8-10]. В этих случаях требуется специальная настройка генераторной схемы и особая конструкция датчиков.
В качестве примера применения электроиндуктивного контроля можно рассмотреть изменение свойств холоднотянутой прутковой стали 20. На рис.1 показано изменение электропроводности (которая оценивалась по силе тока) и твердости по Бринеллю в зависимости от обжатия при волочении. При этом кривая 1 относится к твердости, кривая 2 получена при установке датчика на торцы образцов. Кривая 3 получена при установке датчика в лунки, полученные после определения твердости деформированного металла, и построена при увеличенных значениях сила тока (начиная от значения 78 мкА).
Изменение твердости (кривая 1) и электропроводности (кривые 2 и 3) в зависимости от обжатия для холоднотянутой стали 20.
Получено, что твердость непрерывно возрастает при увеличении обжатия, а электропроводность металла изменяется немонотонно. При этом максимальные значения силы тока соответствуют экстремальному обжатию металла, которое при волочении указанной стали составляет около 0,12 и 0,17. При этом наблюдается уменьшение экстремального обжатия при контроле металла, подвергнутого дополнительному пластическому деформированию на локальном уровне путем внедре-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
121
ния сферического индентора в виде стального шарика.
J i f
t
i
/ \
h \
i* / A 3
f \
/ v t h \ ! ^ 2
Рис. 1. Изменение твердости (кривая 1) и электропроводности (кривые 2 и 3) в зависимости от обжатия для холоднотянутой стали 20
Список литературы
1. Большанина М.А., Панин В.Е. Скрытая энергия деформации //
Исследования по физике твердого тела. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. -С.193-233.
2. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений. - М.:
Машиностроение, 1979. - 256 с.
3. Герасимов В.Я. Электроиндуктивный контроль деформационного
упрочнения калиброванной стали// Сталь. - 1993. - № 8. - С.62.
4. Герасимов В.Я., Мосталыгин ГЛ., Герасимова О.В. Применение
неразрушающего электроиндуктивного контроля свойств деформированного металла // Технология машиностроения. - 2003. - № 4. - С. 41-42.
5. A.c. 1837222 СССР. Устройство для вихретокового контроля/
В.Я. Герасимов // Изобретения. Открытия. - 1993. -№ 32.
6. Макарин B.C. Средства неразрушающего контроля отливок. - М.:
Высшая школа, 1988. - 72 с.
7. Милое В.Я. Устройства для контроля прочности. - М.: Машинострое-
ние, 1976,- 127 с.
8. Патент № 2068180 РФ. Устройство неразрушающего контроля
прочности твердых материалов и изделий/Б.П. Кошуков, Ф.Ф. Абдрашитов, В.Я. Герасимов и др. //Изобретения. Открытия. - 1996. - № 29.
9. Патент № 2084883 РФ. Устройство для анализа состава растворов
/В.Я. Герасимов, В.П. Гордеев, В.Н. Хрипунов//Изобретения. Открытия. -1997. - № 20.
10. Патент № 2089892 РФ. Датчик для контроля сварных швов /
В.Я. Герасимов, Н.В. Парышев и др. //Изобретения. Открытия. -1997. - № 25.
Горелова И.А., Шеркунов В.Г. Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ СОВМЕЩЕНИИ ПРОЦЕССОВ ОБЖИМА И РАЗДАЧИ
В данной статье представлена новая методика расчета напряжений, возникающих в очаге деформации при осуществлении совмещенного процесса обжим-
раздача. Приведены результаты расчета в виде эпюр напряжений, а также выводы.
Процесс совмещенного обжима и раздачи на сегодняшний день является самым экономичным и выгодным способом изготовления трубных концентрических переходников с коэффициентом обжима или раздачи Коб р=2,5-2,7. Исследуемый способ имеет целый ряд существенных преимуществ перед другими существующими способами:
1.Заготовку можно отштамповать за один ход пуансона.
2.Не нужен предварительный нагрев заготовки.
3. Используется универсальное оборудование.
4. Не требуется механическая обработка штампованной детали.
Но методики расчета напряженного состояния для данного процесса нет. В данной статье предлагается новый подход к решению этой проблемы. Для определения напряжений в любой момент прессования, в любой точке заготовки предлагается следующая методика:
1. Разбить условно весь процесс на 4 стадии.
2. Разбить условно заготовку на зоны.
На рисунках 1-4 представлены схемы для расчета для каждой стадии процесса.
Определим некоторые допущения и условия, при которых происходит процесс. Примем, что процесс пластической деформации протекает монотонно, т.к. при деформации любой относительно малой материальной частицы нашей осесимметричной заготовки, расположенной вблизи свободной поверхности, существуют три направления, которые, оставаясь неизменно перпендикулярными, совпадают за весь процесс как с главными осями скорости деформации, так и с главными осями результативной деформации.
Рис. 1. Схема для расчета первой стадии процесса
Рис. 2. Схема для расчета второй стадии процесса
122
ВЕСТНИК КГУ, 2005. №2.
