CC BY
47
СТАНДАРТИЗАЦИЯ _И СЕРТИФИКАЦИЯ КАЧЕСТВА
УДК 621.179.118.2
Оценка и контроль шероховатости поверхностей
V | V
деталей на основе их микротопографий
В. А. Валетов, О. С. Юльметова, Е. А. Филимонова
Цель настоящей работы — разработка главных этапов автоматизированных оценки и контроля шероховатостей изделий на основе микротопографий поверхностей. Данный метод позволяет перейти к объективной компьютерной оценке и контролю с использованием максимально информативных критериев, что повышает эффективность исследований влияния шероховатости на функциональные свойства деталей и позволяет выявлять лучшую из реально возможных для конкретных функциональных свойств поверхностей микрогеометрию.
Известны доказательства существенного влияния микрогеометрии поверхностей различных изделий на их функциональные свойства. В целях повышения качества изготовления изделий, имеющих функциональные показатели, зависящие от шероховатости по-
а)
4,4 мкм
0,5 мм
0,48 мм
б)
ч « п Л IV. /Л 1 Л А 1- ЛЛЛлгчл : \ »л/и -Л,
(ГР л;" V -
1 1
Ь, км
верхности, необходимо определить предпочтительную (лучшую из возможных) микрогеометрию поверхностей, обеспечивающую требуемый уровень функциональных свойств. Такие задачи неоднократно решались, но проблема оптимизации остается, так как полученные результаты носят в лучшем случае частный характер и оказываются невоспроизводимыми при малейшем изменении условий реализации технологии обработки поверхностей по сравнению с условиями эксперимента.
Были опубликованы более сотни статей и докладов, в которых доказана непригодность существующих параметрических стандартов для решения задачи оптимизации микрогеометрии поверхностей для их конкретных функциональных свойств [1—3].
На рис. 1 показаны микротопографии и профили двух различных металлических по-
в)
4 мкм 1
0,5 мм
0,48 мм
г)
0,4
Ь, мкм
0
Рис. 1. Сравнение двух поверхностей с разными значениями функционального свойства — коэффициента оптического отражения: микротопография (а) и профиль (б) первой поверхности; микротопография (в) и профиль (г) второй поверхности
км
МЕШПООБМБОТК|»
СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕТИФИКАЦИЯ КАЧЕСТВА
верхностей с различными функциональными свойствами, например коэффициентами оптического отражения (КОО), но с одинаковыми стандартными параметрами микрогеометрии этих поверхностей (табл. 1).
Таким образом, показано, что по параметрическим критериям оценки шероховатости нельзя судить об оптимизации требуемого функционального свойства поверхности. При этом для объективности анализа полученных микротопографий требуется разработка специальной методики и программы автоматизированного определения и сравнения микро-топографий.
Суть методики поясняет рис. 2. Во-первых, с помощью профилометра получаем микротопографию поверхности (рис. 2, а). Далее разбиваем ее на уровни (рис. 2, б). Для того чтобы исключить влияние отклонения формы поверхности на профиль, можно применить фильтрацию (например, прямое и обратное преобразования Фурье [4]). После указанных действий необходимо построить графики плотности распределения ординат и тангенсов углов наклона ординат, т. е. вычислить количество ординат и тангенсов углов наклона (рис. 3), попавших в каждый уровень. На рис. 2, в показан график получившейся плотности распределения. По плотности распределения тангенсов углов наклона профиля можно судить об островершинности или платообразности профиля, а по плотности распределения ординат — о высоте профиля и характере пиков.
С помощью представленных этапов оценки можно осуществить сравнение двух и более микротопографий, например сравнить шероховатость контролируемой поверхности
Таблица 1
Параметрические критерии оценки микрогеометрии поверхности для поверхностей с разными значениями коэффициента оптического отражения
Параметр по ГОСТ 2789-73 (ISO 468:1982) Поверхность с рис. 1, а, б КОО = 83 % Поверхность с рис. 1, в, г КОО = 89 %
Среднеарифметическое отклонение профиля Ra, мкм 0,05 0,05
Среднеквадратическое отклонение профиля Rq, мкм 0,08 0,08
Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz, мкм 0,39 0,38
Наибольшая высота неровностей профиля ^ax мкм 0,58 0,52
с эталонной. Исследователь (технолог, метролог) выбирает реальную деталь (эталон), микрогеометрия которой после испытаний была признана лучшей из возможных для данного функционального свойства. Для проведения сравнения достаточно лишь совместить графики плотностей распределения ординат или тангенсов углов наклона данных микротопо-графий (рис. 4). Факт совпадения графиков плотностей распределения ординат или тангенсов углов наклона профилей контролируемой поверхности с графиками эталона или факт выхода за пределы назначенного допуска осуществляется визуально. Допуск определяется исследователем путем поиска.
Программа, реализующая описанную методику, разработана авторами в среде МАТ-ЛАБ и была успешно применена на кафедре
а)
y, мкм
б)
y, мкм
в) Н 7
_L
X
yI
Уп УШ
Рис. 2. Этапы оценки шероховатости поверхностей с использованием микротопографий: микротопография исследуемой поверхности (а); разбиение микротопографии на уровни (б); график плотности распределения ординат топографий (в):
H — частота появления данного значения ординаты; у — значения ординат; у1, уп, уш — значения ординат, определяющие границы уровня
6
СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕТИФИКАЦИЯ КАЧЕСТВА
а) У, мкм
20
15 10
5 0
-5 -10 -15
Ь, мкм
б) У, мкм
20
15 10
5 0 -5 -10
-15
Ь, мкм
Рис. 3. Определение тангенсов углов наклона (а) и ординат (б) по профилю: Ь — длина профиля; У — высота профиля; ап — угол наклона профиля; уп — ординаты профиля
ШШШМБОТКА
, у1 / 1 У2 ............ Уз % У л
3940 3960 3980 4000 4020 4040
Плотность распределения тангенсов
ги а
Рис. 4. Сравнение микротопографии реальной поверхности с установленным эталоном по функции плотности распределения тангенсов углов наклона:
1 — плотность распределения тангенсов эталонного профиля с полем допуска; 2 — плотность распределения тангенсов контролируемой поверхности; Н — частота появления данного значения тангенса; tg а — тангенсы углов наклона микротопографии
технологии приборостроения в СПбГУ ИТМО в различных исследованиях микротопографии поверхностей.
В общем виде алгоритм работы следующий:
1) выбор эталона (реальная деталь, микрогеометрия которой после испытаний была признана лучшей из возможных для данного функционального свойства);
2) измерение микротопографии эталонной и контролируемой поверхности с помощью профилометра-профилографа, у которого есть возможность сохранять данные на компьютер;
3) построение графиков плотностей распределения ординат и тангенсов углов наклона для этих поверхностей;
4) наложение графиков друг на друга;
5) определение границ допуска, который получен ранее эмпирическим путем;
СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕТИФИКАЦИЯ КАЧЕСТВА
6) определение факта выхода из допуска или факта совпадения с полем допуска.
Таким образом, разработанная методика позволяет перейти к объективной компьютерной оценке и контролю шероховатости поверхностей с использованием максимально информативных критериев — графиков плотностей распределения ординат и тангенсов углов наклона профиля, что повышает эффективность исследований влияния шероховатости поверхности на функциональные свойства деталей и позволяет выявлять лучшую из реально возможных для конкретных функциональных свойств поверхностей микрогеометрию.
Литература
1. Валетов В. А., Иванов А. Ю. Непараметрический подход к оценке качества изделий // Металлообработка. 2010. № 6. С. 55-59.
2. Валетов В. А. Целесообразность изменения стандарта на шероховатость поверхностей деталей // Машиностроение и автоматизация производства: Межвуз. сб. № 6. СПб.: СЗПИ, 1997.
3. Valetov W. A., Grabow J., Tretiakow S. Zur experi-mentiellen Erforshung der Mikrogeometrie von Reibungso-bertlaechen // 47 Internationales wissenshaftliches Kollo-qium. 2002. Tagussband, S. 403-404.
4. Валетов В. А., Филимонова Е. А. Программа автоматизированного контроля микрогеометрии поверхностей с помощью непараметрических критериев / / Металлообработка. 2011. № 5. C. 45-46.
г
Издательство «Политехника» предлагает:
Интеллектуальный капитал. Материализация интеллектуальных ресурсов в глобальной экономике / В. В. Макаров, М. В. Семенова, А. С. Ястребов; под ред. В. В. Макарова. — СПб.: Политехника, 2012. — 688 с.: ил.
ISBN 978-5-7325-0965-6 Цена: 990 руб
В книге рассмотрены правовые основы существования интеллектуальной собственности (ИС), экономическое обоснование оценки нематериальных активов и их капитализации в интеллектуальной организации. Исследуются генезис и значение интеллектуального капитала в экономике, роль его неотъемлемой составляющей — знаний.
Показано эволюционное развитие понятия «объект ИС» от библейских времен до современной трактовки в международном законодательстве и законодательстве РФ. В главах об авторском и смежных правах и промышленной собственности подробно классифицированы объекты ИС: не только художественные произведения или отдельные результаты технического творчества (изобретения, промышленные образцы, товарные знаки и др.), но и новые результаты интеллектуальной деятельности, приобретающие в настоящее время статус объектов гражданско-правового регулирования. Подробно классифицированы нормативы отчислений авторского гонорара за использование оригинальных произведений и отчислений различных субъектов творческой деятельности. Изложены правовые способы защиты при использовании любых объектов ИС, освещена современная проблематика в сфере оборота их правового регулирования. Охарактеризованы ценностные ориентиры общественной и экономической значимости объектов ИС. Последовательно изложены принципы возникновения интеллектуального капитала, способы измерения стоимости объектов ИС при их использовании в общественной жизни, экономике и коммерческой деятельности. Охарактеризована интегрированная связь специального образования и предпринимательства в становлении инновационного менеджмента по управлению нематериальными ресурсами. Авторы предлагают кластерную характеристику нематериальных ресурсов, способных стать основными факторами при капитализации предприятий.
Монография написана на базе новейшего зарубежного и российского законодательства, международных соглашений, зарубежного и российского опыта охраны прав на объекты интеллектуальной собственности.
Книга предназначена для широкого круга читателей — бизнесменов, консультантов, преподавателей, научных работников, она будет полезна студентам и аспирантам, обучающимся по экономическим специальностям, а также слушателям тренингов и специальных профессиональных семинаров.
J
