Метод силового профиллографирования поверхностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метод силового профиллографирования поверхностей

Т.А. Шашкина, И.Д. Ибатуллин, Д.Р. Загидуллина, А.В. Афанасьев Самарский государственный технический университет

Аннотация

В статье описывается новая методика исследования геометрии контактирующих поверхностей. Показан пример реализация методики силового профиллографирования, в котором учитывается неоднородность механических свойств поверхностного слоя.

Ключевые слова: профиллографирование, шероховатость, кривая опорной поверхности, контакт.

Abstract

In article the new technique of research of geometry of the contacting surfaces is described. The example realization of a technique of a power profillografing in which heterogeneity of mechanical properties of a blanket is considered is shown.

Keywords: power profillogramme, roughness, curve of a basic surface, contact.

Шероховатость поверхности оказывает значительное влияние на процессы, протекающие в зоне контакта. В связи с этим создание и развитие новых более совершенных методов оценки геометрии контактирующих поверхностей является важной задачей, решение которой позволит более точно представить параметры контакта в расчетах.

Профиллограммы, получаемые традиционным методом сканирования поверхности алмазной иглой, отражают исключительно геометрические характеристики изучаемой поверхности. В то время как фактические параметры контакта определяются не только геометрией, но также и механическими свойствами поверхностных слоев, поскольку различные участки поверхности имеют различную твердость (границы зерен, твердые и мягкие фазы, локальные дефекты и т.п.) и, следовательно, эти участки по-разному влияют на формирование опорной поверхности при сближении двух тел, а также на жесткость сформировавшегося контакта. Особенно важным является учет неоднородности поверхностного слоя для композиционных материалов. Более корректно оценить характеристики опорной поверхности, используемые при расчетах контактного сближения, а также площади фактического касания можно осуществляя сканирование контролируемой поверхности нагруженным зондом.

Отличительная особенность разработанной методики заключается в том, что сканирование контролируемой поверхности осуществляется более одного раза с разной степенью сближения зонда с контролируемой поверхностью. При этом в автоматическом режиме определяются параметры образца, характеризующие рельеф и/или свойства поверхности образца, степень воздействия зонда на поверхность или поверхностные слои образца, а также по разности полученных значений пространственных и силовых параметров рассчитывается величина остаточной деформации.

Первое сканирование производят с нагрузкой на зонд, не вызывающей пластическую деформацию поверхности и оценивают вертикальные перемещения зонда в процессе сканирования, на основе которых строят профиллограмму контролируемой поверхности и определяют параметры ее шероховатости (например, Ra, Rz, Rmax, Rp), затем возвращают зонд в исходное положение, внедряют зонд в поверхностный слой на необходимую глубину, отражающую объемные свойства поверхностного слоя, за счет приложения постоянной нормальной нагрузки и производят второе сканирование и оценивают вертикальные перемещения зонда, на основании которых строят кривую опорной поверхности и оценивают ее характеристики например (н, Rpk, Rнk и др.).

При этом более твердые участки контролируемой поверхности будут на данной профилограмме выглядеть как выступы, а менее твердые - как впадины, наложенные на исходный профиль контролируемой поверхности. Для однородного поверхностного слоя профиллограммы, полученные нагруженным и разгруженным зондом, практически будут близки. Для неоднородных материалов появляется возможность получить кривую опорной поверхности, которая позволит более корректно оценить ее характеристики, используемые при расчетах контактного сближения, а также площади фактического касания.

Одновременно с характеристиками профиля появляется возможность оценки изменения механических свойств поверхности вдоль пути сканирования.

Твердость поверхности оценивают методом царапания, в котором повышение корректности измерений достигается автоматизированной оценкой глубины внедрения зонда, оцениваемой как разность показаний вертикальных перемещений зонда при последовательных сканированиях без нагрузки и под нагрузкой, вместо измерения ширины царапины, осуществляемой визуально с помощью оптических приборов. При этом корректные данные о глубине внедрения зонда можно получить даже тогда, когда ширину царапины невозможно измерить из-за неопределенности контура ее границы.

С учетом того что ширина b и глубина h царапины при использовании в качестве зонда, например алмазного наконечника Виккерса, связаны соотношением h?0,14b, формула для оценки твердости

H_p ? 3,708P / b², (1)

где Р - нормальная нагрузка, преобразуется к виду

H_p ? 0,0727P / h² (2)

Описанная методика реализована в диагностическом программно-аппаратурном комплексе, описанном в работах [1,2]. В качестве зонда использован наконечник Виккерса - алмазная пирамида с квадратным основанием и межгранным углом при вершине 136°.

Для примера в качестве образца использовали кузовную стальную шайбу. Опустили зонд на поверхность образца под нормальной нагрузкой 0,002 Н, не вызывающей пластической деформации поверхности, и получили профиллограмму P1 поверхности образца (рис.1) при базовой длине l=0,8 мм. Определили параметры шероховатости поверхности: Rmax=5 мкм; Rp=1,2 мкм; Rz=1,36 мкм; Ra=0,41 мкм. Вернули зонд в исходное положение, нагрузили его статической нагрузкой 0,11 Н, повторно просканировали поверхность и получили профиллограмму Р2 (рис. 1), на основе которой построили кривую опорной поверхности. На основе анализа кривой опорной поверхности получили значение относительной опорной длины по средней линии t_m=0,5. Построили распределение глубины внедрения зонда h вдоль пути сканирования в виде расчетной кривой Р3 (рис.1) как разницу высотных характеристик профиллограмм P1 и Р2 вдоль пути сканирования.

Рис.1. Результаты построения и обработки профиллограмм: Р1 - полученной разгруженным зондом; Р2 - полученной зондом, нагруженным нормальной нагрузкой 0,11 Н; Р3 - разность значений профиллограмм P1 и Р2, характеризующая глубину внедрения зонда относительно профиля P1.

Построили распределение твердости поверхности (рис.2) вдоль пути сканирования путем расчета твердости по формуле (2) с подстановкой полученного распределения значений h вдоль пути сканирования.

Методика силового профиллографирования выполняется с помощью универсального диагностического комплекса «Ресурс-1А», разработанного в лаборатории наноструктурированных покрытий ФГБОУ ВПО СамГТУ.

поверхность профиллографирование твердость геометрия

Рис. 2. Распределение твердости поверхности вдоль пути сканирования.

поверхность профиллографирование твердость геометрия

Список литературы

1. Патент РФ № 2516022. Способ сбора и обработки информации о поверхности образца / Ненашев М.В., Калашников В.В., Деморецкий Д.А., Ибатуллин И.Д., Нечаев И.В., Журавлев А.Н., Мурзин А.Ю., Ганигин С.Ю., Галлямов А.Р., Воронин В.Н. Опубл. 20.05.2014 г.

2. Ненашев М.В., Ибатуллин И.Д., Деморецкий Д.А. и др. Новые приборы контроля качества поверхностей // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: СНЦ РАН. Т.13. №1 (3) (39). - 2011. - С.578-581.

Размещено на Allbest.ru