Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2475700

(19)

RU

(11)

2475700

(13)

C1

(51) МПК G01B7/34 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 18.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011145195/28, 07.11.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

07.11.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 07.11.2011

(45) Опубликовано: 20.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2240500 С1, 20.11.2004. RU 2133943 С1, 27.07.1999. SU 1474452 A1, 23.04.1989. SU 1120159 A1, 23.10.1984. JP 3035928 A, 15.02.1991.

Адрес для переписки:

450000, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ, ОИС, В.П. Ефремовой

(72) Автор(ы):

Парфенов Евгений Владимирович (RU),

Мукаева Вета Робертовна (RU),

Невьянцева Римма Рахимзяновна (RU),

Быбин Андрей Александрович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля шероховатости поверхности электропроводных изделий, например, из нержавеющей стали в процессе электролитно-плазменной обработки. Сущность: прикладывают высоковольтное напряжение между обрабатываемой деталью, являющейся анодом, и катодом. Измеряют значения плотности тока j и высоковольтного напряжения U. Шероховатость поверхности в ходе обработки определяют по формуле: , где R min - минимально достижимая для используемого электролита шероховатость поверхности; R 0 - начальное значение шероховатости поверхности обрабатываемой детали; t - время; j - плотность тока; U - напряжение; 0 - среднее значение постоянной времени; k 1 , k 2 - коэффициенты пропорциональности, зависящие от материала детали, природы и концентрации электролита. Величины 0 , k 1 , k 2 вычисляют по семейству тарировочных кривых зависимости постоянной времени снижения шероховатости от напряжения U и плотности тока j. Технический результат: увеличение быстродействия измерения. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для контроля шероховатости поверхности электропроводных изделий, например, из нержавеющей стали в процессе электролитно-плазменной обработки. Способ позволяет определять шероховатость поверхности детали непосредственно в процессе ее обработки.

Известен способ измерения шероховатости поверхности электропроводящих изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие и измерительный электрод помещают в диэлектрическую жидкость, прикладывают высоковольтное напряжение и измеряют ток между ними, по величине которого определяют степень шероховатости [а.с. СССР 1474452, МКИ4 G01B 7/34. Публ. 23.04.89].

Недостатком аналога является невозможность использования его для определения шероховатости поверхности в ходе электролитно-плазменной обработки в связи с необходимостью прерывания процесса.

Известен способ измерения шероховатости поверхности электропроводящих деталей в процессе электролитно-плазменной обработки, заключающийся в том, что прикладывают высоковольтное напряжение между обрабатываемой деталью, являющейся анодом, и катодом. Измеряют ширину нормированного частотного спектра переменной составляющей тока разрядов по уровню среза, выбираемою из диапазона 0,2 0,5 в зависимости от рабочего напряжения. Определяют шероховатость по формуле

R a =k·f+R 0 ,

где R a - шероховатость поверхности, мкм; k - коэффициент пропорциональности, зависящий от материала детали, природы и концентрации электролита; f - измеренная ширина спектра при определенном уровне среза, Гц; R 0 - эмпирический параметр. При этом значения к и R 0 вычисляют по тарировочной кривой зависимости шероховатости от ширины спектра [патент РФ 2133943, МКИ6 G01B 7/34. Публ. 27.07.99].

Недостатком данного аналога является необходимость измерения спектральной плотности сигнала переменной составляющей тока в ряде диапазонов частот для построения частотного спектра, определения его ширины и, соответственно, шероховатости поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения шероховатости поверхности электропроводящих изделий в процессе электролитно-плазменной обработки, заключающийся в том, что прикладывают высоковольтное напряжение между обрабатываемой деталью, являющейся анодом, и катодом и переменную составляющую тока подают на полосовой фильтр с граничными частотами 500-700 и 1300-1500 Гц, измеряют действующее значение напряжения на выходе фильтра u, рассчитывают начальное значение напряжения u 0 путем усреднения значения и в течение 20-40 с от начала процесса, шероховатость в ходе обработки определяют но формуле

где u - текущее значение напряжения на выходе полосового фильтра;

u 0 - начальное значение напряжения на выходе полосового фильтра;

Ra 0 - начальное значение шероховатости обрабатываемой поверхности [патент РФ 2240500, МКИ6 G01B 7/34. Публ. 20.11.04].

Недостатком прототипа является недостаточное быстродействие, обусловленное тем, что первое измеренное значение шероховатости может быть получено только через существенный промежуток времени 20-40 с от начала электролитно-плазменной обработки, тогда как скорость изменения шероховатости на начальном этапе обработки имеет наибольшее значение, а вся длительность процесса в ряде случаев может составлять 30-60 с.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение быстродействия измерения шероховатости поверхности в ходе электролитно-плазменной обработки за счет исключения операции усреднения регистрируемых электрических параметров в течение 20-40 с от начала процесса.

Поставленная задача решается способом измерения шероховатости поверхности электропроводящих изделий в процессе электролитно-плазменной обработки, по которому прикладывают высоковольтное напряжение между обрабатываемой деталью, являющейся анодом, и катодом, согласно изобретению измеряют значения плотности тока и высоковольтного напряжения, а шероховатость в ходе обработки определяют по формуле:

где R min - минимально достижимая для используемого электролита шероховатость поверхности;

R 0 - начальное значение шероховатости поверхности обрабатываемой детали;

t - время;

j - плотность тока;

U - напряжение;

0 - среднее значение постоянной времени;

k 1 , k 2 - коэффициенты пропорциональности, зависящие от материала детали, природы и концентрации электролита,

а величины 0 , k 1 , k 2 вычисляют по семейству тарировочных кривых зависимости постоянной времени снижения шероховатости от напряжения U и плотности тока j.

Существо способа поясняется чертежами. На Фиг.1 показан типичный характер изменения шероховатости R a во времени t при начальной шероховатости R 0 и минимально достижимой для используемого электролита шероховатости поверхности R min . На Фиг.2 показана типичная тарировочная кривая зависимости постоянной времени от высоковольтного напряжения U и плотности тока j.

Закономерность изменения шероховатости R a (Фиг.1) имеет экспоненциальный характер и объясняется уменьшением степени воздействия парогазовой оболочки на обрабатываемую поверхность при сглаживании микронеровностей, что приводит к снижению скорости изменения шероховатости. Скорость снижения шероховатости по экспоненциальному закону характеризуется постоянной времени , на которую влияет прикладываемое высоковольтное напряжение U и характер воздействия парогазовой оболочки, который отражается в значениях плотности тока j.

Тарировочная кривая зависимости постоянной времени (Фиг.2) может быть описана функцией вида:

где t - время;

j - плотность тока;

U - напряжение;

0 - среднее значение постоянной времени.

Изменение напряжения U, связанное с нестабильностью напряжения питающей сети, и изменение плотности тока j, связанное с изменением шероховатости, с нестабильностью температуры электролита и его концентрации, а также с выработкой электролита, влияют на скорость электролитно-плазменной обработки при полировании поверхностей. Уравнение (2) учитывает указанные неопределенности и позволяет измерять шероховатость поверхности электропроводных изделий, например, из нержавеющей стали в процессе электролитно-плазменной обработки.

Пример конкретной реализации способа.

Образцы из стали 20X13 обрабатывали электролитно-плазменным методом в 5% растворе сульфата аммония при различных начальных шероховатостях поверхности, напряжениях и температурах электролита. Между поверхностью детали, являющейся анодом, и катодом прикладывали высоковольтное напряжение, измеряли плотность тока j и высоковольтное напряжение U, а шероховатость в ходе обработки определяли по формуле:

,

где R min =0,09 мкм,

при этом величины

0 =0,072 мин;

k 1 =-5,296 мин·см 2 ·A -1 ;

k 2 =0,0165 мин·B -1

вычисляли по семейству тарировочных кривых зависимости постоянной времени снижения шероховатости от напряжения U и плотности тока j, показанному на Фиг.2. Шероховатость поверхности измерялась также профилометром после обработки. Результаты приведены в таблице. Как видно из таблицы, незначительное расхождение рассчитанной (6-й столбец таблицы) и измеренной (7-й столбец таблицы) шероховатости свидетельствует о применимости способа.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет увеличить быстродействие измерения шероховатости поверхности в процессе электролитно-плазменной обработки за счет исключения операции усреднения регистрируемых электрических параметров в течение 20-40 с от начала процесса. Предлагаемый способ имеет простое техническое исполнение, не требует прерывания процесса и обеспечивает высокую точность измерений.

Способ измерения шероховатости в процессе электролитно-плазменной обработки

U, B

T, °C

Время t, мин

Начальное значение шероховатости R a 0 , мкм

Плотность тока j, А/см 2

Рассчитанная шероховатость R a , мкм

Измеренная шероховатость R a , мкм

1

2

3

4

5

6

7

250

70

3

0,32

0,39

0,18±0,02

0,15±0,02

300

80

6

0,33

0,27

0,16±0,02

0,13±0,02

350

90

9

0,35

0,19

0,15±0,02

0,16±0,02

250

70

12

0,60

0,36

0,11±0,02

(),12±0,02

300

80

15

0,49

0,24

0,11±0,02

0,14±0,02

350

90

15

0,49

0,20

0,12±0,02

0,15±0,02

Формула изобретения

Способ измерения шероховатости поверхности электропроводящих изделий в процессе электролитно-плазменной обработки, по которому прикладывают высоковольтное напряжение между обрабатываемой деталью, являющейся анодом, и катодом, отличающийся тем, что измеряют значения плотности тока и высоковольтного напряжения, а шероховатость в ходе обработки определяют по формуле:

где R min - минимально достижимая для используемого электролита шероховатость поверхности;

R 0 - начальное значение шероховатости поверхности обрабатываемой детали;

t - время;

j - плотность тока;

U - напряжение;

0 - среднее значение постоянной времени;

k 1 , k 2 - коэффициенты пропорциональности, зависящие от материала детали, природы и концентраций электролита, а величины 0 , k 1 , k 2 вычисляют по семейству тарировочных кривых зависимости постоянной времени снижения шероховатости от напряжения U и плотности тока j.

РИСУНКИ