Моделювання акустичного випромінювання при механічній обробці матеріалів точінням в комп`ютеризованих системах діагностики.

1. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІНСТИТУТ ІНФОРМАЦІЙНО-ДІАГНОСТИЧНИХ СИСТЕМ
ДИПЛОМНА РОБОТА
На тему: «МОДЕЛЮВАННЯ АКУСТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
ПРИ МЕХАНІЧНІЙ ОБРОБЦІ МАТЕРІАЛІВ ТОЧІННЯМ В
КОМП`ЮТЕРИЗОВАНИХ СИСТЕМАХ ДІАГНОСТИКИ»
Доповідач:
студент групи ІС-612С
Бочарський Віктор Вікторович
Дипломній керівник:
д.т.н., професор
Філоненко Сергій Федорович
Київ 2012

2. Мета, об'єкт та предмет дипломної роботи
Мета дипломної роботи: можливість по результатам промодельованих
результуючих сигналів акустичної емісії (АЕ) контролювати стан
оброблюваного матеріалу та інструменту різання в реальному часі.
Об'єкт дослідження: повна автоматизація контролю та діагностики процесу
різання при механічній обробці матеріалів точінням за допомогою реєстрації,
обробки та аналізу результуючого сигналу акустичної емісії.
Предмет дослідження: знаходження залежностей параметрів результуючого
сигналу акустичної емісії від глибини та швидкості різання при механічній
обробці матеріалів точінням.
2

3. Постановка задачі
В роботі буде показано, що моделі сигналів АЕ, що описують формування
сигналів при протіканні пластичної деформації і руйнуванні, дозволяють
описати результуючий сигнал АЕ, який формується при різанні матеріалів.
Також буде показано, що теоретичний результуючий сигнал АЕ при різанні є
безперервним сигналом із сильно порізаною формою, який характеризується
деяким середнім рівнем амплітуди і величиною її розкиду, яка зростає при
збільшенні глибини або швидкості різання.
А також буде показано, що отримані результати мають добре узгодження із
експериментальними сигналами АЕ, параметри яких при збільшенні глибини
або швидкості різання мають аналогічні закономірності зміни.
3

4. Процес різання матеріалу
Поверхні на оброблюваних заготовках при точінні
Процес різання представляє собою складну сукупність фізико-механічних
процесів, спрямованих на деформування і руйнування визначеного шару
матеріалу.
4

5. Поняття акустичної емісії
Схема реєстрування пружних зміщень при розвитку
дефекту структури матеріалу під дією напружень
Акустична емісія (АЕ) – це акустичне випромінювання , яке виникає
при протіканні процесів деформування та руйнування матеріалів.
5

6. Формули, що описують сигнали акустичної емісії
Модель сигналу АЕ при протіканні пластичної деформації визначеного
об'єму матеріалу:
(1)
U D (t )  u ot exp(  Bt )
Модель сигналу АЕ при руйнуванні визначеної площі матеріалу:
U T (t )  U 0 3 t 2 exp( bt )
(2)
Результуючий сигнал АЕ при протіканні даних процесів можна записати
у вигляді суми формованих сигналів:
U p (t )   U d (t  t j )   U T (t  t i )
j
(3)
i
6

7. Сигнали акустичної емісії
При протіканні у матеріалі процесу
пластичної деформації, згідно (1):
а
При протіканні у матеріалі процесу
руйнування, згідно (2):
б
Сигнали приведені у відносних одиницях для різних швидкостей
навантаження: 1 -  = 100,0; 2 -  = 150,0; 3 -  = 200,0
7

8. Модельні результуючі сигнали АЕ при зміні глибини різання
а
б
Об’єм матеріалу, який вступає у пластичну деформацію, і площа руйнування
у відносних величинах: а – 1; б – 2.
8

9. Графіки залежності зміни параметрів сигналів при зміні глибини різання
а
б
Графіки залежності зміни математичного сподівання (а) та дисперсії (б)
амплітудного значення результуючого сигналу АЕ від глибини різання.
9

10. Модельні результуючі сигнали АЕ при зміні швидкості різання
а
б
Значення та інтервали часу між появою сигналів АЕ від пластичної
деформації та руйнування у відносних одиницях:
а -  = 100, Δt = 0,00225 + δ; б -  = 150, Δt = 0,00175 + δ.
10

11. Графіки залежності зміни параметрів сигналів при зміні швидкості різання
а
б
Графіки залежності зміни математичного сподівання (а) та дисперсії (б)
амплітудного значення результуючого сигналу АЕ від швидкості різання.
11

12. Експериментальна установка
Схема вимірювальної акустикоемісійної апаратури, яка
використовувалася під час
експериментальних випробувань
та її зовнішній вигляд.
12

13. Експериментальні результуючі сигнали АЕ при зміні глибини різання
а
б
Фрагменти зареєстрованих експериментальних результуючих сигналів
акустичної емісії при точінні алюмінію марки АЛ-25 із використанням
алмазно-твердосплавного різця при глибині різання: а – 0,1 мм, б – 0,2 мм.
13

14. Графіки залежності зміни параметрів експериментальних сигналів АЕ
при глибині різання
а
б
Графіки залежності зміни математичного сподівання (а) та дисперсії (б)
амплітудного значення експериментального результуючого сигналу АЕ від
глибини різання.
14

15. Експериментальні результуючі сигнали АЕ при зміні швидкості різання
а
б
Фрагменти зареєстрованих експериментальних результуючих сигналів
акустичної емісії при точінні алюмінію марки АЛ-25 із використанням алмазнотвердосплавного різця при швидкості різання: а – 100 мм/хв, б – 200 мм/хв.
15

16. Графіки залежності зміни параметрів експериментальних сигналів АЕ
при швидкості різання
а
б
Графіки залежності зміни математичного сподівання (а) та дисперсії (б)
амплітудного значення експериментального результуючого сигналу АЕ від
швидкості різання.
16

17. Висновки
Результати роботи показали, що моделі сигналів АЕ, що формуються при
протіканні в заданому об’ємі матеріалу пластичної деформації і руйнування
заданої площі, можуть бути застосовані для опису формування результуючого
сигналу АЕ при механічній обробці матеріалів точінням.
А також результати моделювання показали, що теоретичний результуючий
сигнал АЕ при різанні є безперервним сигналом із сильно порізаною формою,
який характеризується деяким середнім рівнем амплітуди і величиною її
розкиду, а при зростанні об’єму матеріалу, який вступає у пластичну
деформацію, і площі руйнування, а також при зростанні швидкості
деформування та руйнування матеріалу, відбувається зростання середнього
рівня амплітуд результуючих сигналів АЕ та величин їх розкиду.
Результати експериментальних досліджень АЕ при різанні алюмінієвого сплаву
марки АЛ-25 показали, що реєстровані результуючі сигнали АЕ добре
узгоджуються із результатами моделювання. Також визначено, що із зростанням
глибини або швидкості різання відбувається зростання середнього рівня
амплітуд результуючих сигналів АЕ та величин їх розкиду, а також зростання
дисперсії та стандартного відхилення.
17