CC BY
4
УДК 620.179.14
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-135-136
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ВИХРЕВЫХ ТОКОВ
С.Е. Кистаев, В.Н. Маликов, Д.Н. Шмыков, С.А. Войнаш, В.А. Соколова, И.В. Ворначева
В работе рассмотрены аспекты создания современных вихретоковых датчиков, позволяющих исследовать металлические ферромагнитные и неферромагнитные материалы. Создан программно-аппаратный комплекс, позволяющий производить управление разработанным вихретоковым преобразователем и использовать его для сканирования проводящих материалов. При проведении эксперимента был определен диапазон частот, оптимальный для исследования электропроводности. Данный диапазон составляет от 10 до 500 kHz.. Установлено, что при показателях частоты, больших 500 kHz, происходит резкое падение электропроводности, после, её показатели стремятся к одинаковым значениям у каждого металла, кроме железа.
Ключевые слова: вихретоковый контроль, металлы, программно-аппаратный комплекс, анализ сигнала.
В настоящее время происходит разработка и улучшение методов исследования различных характеристик материалов. Новые методы помогают улучшать свойства материалов и далее создавать более качественные изделия. Одним из актуальных типов материалов являются металлы, используемые для изготовления ряда промышленных и бытовых изделий.
Строгий контроль качества и постоянное стремление к улучшению методов исследования позволяют обеспечить надёжность и безопасность при эксплуатации изделий из металлов [1-5].
Методы неразрушающего контроля являются востребованными, так как не влияют на внутреннюю структуру объектов. Данными методами являются ультразвуковой метод, радиографический метод, капиллярный метод, магнитный метод, вихретоковый метод и другие [6-11].
Вихретоковый метод является одним из наиболее точных и эффективных методов неразрушающего контроля. Метод позволяет обнаруживать дефекты и потенциальные повреждения в материалах с высокой точностью. Неразрушающий вихретоковый контроль является эффективным методом для нахождения дефектов на различных материалах и конструкциях.
Востребований задачей является изучение и освоение вихретоковой измерительной системы, способной обрабатывать сигналы и демонстрировать результаты.
Материалы и методы. Для исследования металлических изделий использовался разработанный вихрето-ковый преобразователь.
Вихретоковый преобразователь с ферритовым сердечником накладного типа представлен на рис.1. Преобразователь создан по схеме, которая показана на рис.2.
Рис. 1. Накладной преобразователь с феррипювым сердечником
Преобразователь состоит из обмоток Ь1, Ь2, Ьз, закрепленных на ферритовом сердечнике.
Принцип работы установки заключается в следующем:
Сигнал идёт с генератора на установку, к которой подключен вихретоковый преобразователь.
При помощи вихретокового преобразователя создается переменное магнитное поле, которое воздействует на объект контроля и вызывает индуцирование вихревых токов в материале объекта. Вихревые токи, возникающие в объекте под воздействием переменного магнитного поля, создают свое собственное магнитное поле, которое взаимодействует с первоначальным магнитным полем преобразователя. Изменения в этом взаимодействии позволяют определить физические параметры объекта, такие как проводимость материала, его толщину, температуру и другие.
Сигнал от преобразователя поступает на осциллограф, где проецируются на экран.
На рис.3 представлен разработанный программно-аппаратный комплекс.
135
^ Ьз
Рис. 2. Схема вихретокового преобразователя: Ьг- возбуждающая обмотка; Ь:- измерительная обмотка;
Ьз - компенсационная обмотка
Рис. 3. Программно-аппаратный комплекс: 1 - генератор сигналов Атаком; 2 - вихретоковый преобразователь; 3 - осциллограф Атаком; 4 - усилитель
Результаты исследований. Образцы представляли из себя изделия из различных ферромагнитных и неферромагнитных металлов. В качестве металлов были выбраны образцы стали, олова, алюминия, меди. Результаты измерений представлены в таблицах и рисунках.
Таблица 1
Результаты эксперимента над образцами меди ___
Значение частоты 10 кИг 20 кИг 50 кИг 100 кИг 200 кИг 300 кНг 400 кНг 500 кНг
Электропроводность образца «медь 1», шУ 14,2 25 72 106 122 260 630 408
Электропроводность образца «медь 2», шУ 13,6 25,2 55 96 125 258 628 396
Электропроводность образца «медь 3», шУ 12,8 25,2 72,4 106 123 260 632 402
Таблица 2
Результаты эксперимента^ над образцом олова ___
Значение частоты 10 кИг 20 кИг 50 кИг 100 кИг 200 кИг 300 кИг 400 кИг 500 кИг
Электропроводность образца «олово 1», шУ 4,4 11,8 36,6 58 72 170 456 300
Таблица 3
Результаты эксперимента над образцами алюминия___
Значение частоты 10 кИг 20 кИг 50 кИг 100 кИг 200 кИг 300 кИг 400 кИг 500 кИг
Электропроводность образца «алюминий 1», шУ 6,4 12,1 58 88,8 95 195 542 382
Электропроводность образца «алюминий 2», шУ 7,5 14,4 62,8 89 105 192 546 388
Электропроводность образца «алюминий 3», шУ 8,1 14,6 64,4 90 101 195 540 388
Таблица 4
Результаты эксперимента над образцами железа ___
Значение частоты 10 кИг 20 кИг 50 кИг 100 кИг 200 кИг 300 кИг 400 кИг 500 кИг
Электропроводность образца «железо 1», шУ 38 72 123 125 132 202 264 171
Электропроводность образца «железо 2», шУ 56,4 104 173 174 175 200 244 198
Медь 1
> е
ц т
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
0
100
200 300
Частота сигнала, кН
400
500
Рис. 4. График зависимости электропроводности образца «меди 1» от частоты сигнала
Медь 2
900
>
У 800
тс
ос н 700
д
о
м о 600
а
е
о £ 500
е
л т 400
300
200
100
0
100
200 300
Частота сигнала, кШ
400
500
Рис. 5. График зависимости электропроводности образца «меди 2» от частоты сигнала
0
Медь 3
На рис.7 представлен график зависимости электропроводности образца «олово 1» от частоты сигнала, измеряемой в Иг.
Олово
900
> 800
е 700
,ь
т с 600
о
нод 500
ов
о & 400
о И 300
(и л 200
т
100
0
100
200 300
Частота сигнала, кИг
400
500
Рис. 7. График зависимости электропроводности образца «олово 1» от частоты сигнала
На рис.8 - 10 представлены графики зависимости электропроводности образца олова от частоты сигнала, измеряемой в Иг.
Алюминий 1
900
800
>
е 700
,ь
т с 600
о
н
д о 500
в
а е 400
о
1з 300
е
л т 200
100
0
100
200 300
Частота сигнала, кИг
400
500
0
0
Алюминий 3
900 > 800 Н 700
нд
о в
о роп
о рот
тке
л
т
600 500 400 300 200 100
100
200 300
Частота сигнала, кИг
400
500
Рис. 10. График зависимости электропроводности образца «алюминий 3» от частоты сигнала
На рис.11 - 12 представлены графики зависимости электропроводности образца олова от частоты сигнала, измеряемой в Иг.
>
о в
о роп
о
л
т
Железо 1
> е
,ьт
900 800 700 600
онд 500
о в
о роп
о
ротке
е
л
т
400 300 200 100 0
100
200 300
Частота сигнала, кИг
400
500
Рис.
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
11. График зависимости электропроводности образца «железо 1» от частоты сигнала
Железо 2
У
100
200 300
Частота сигнала, кИг
400
500
0
0
0
0
Заключение.
1. При проведении эксперимента был определении диапазона частот, оптимального для исследования электропроводности. Данный диапазон составляет от 10 до 500 kHz.
2. При показателях частоты, больших 500 kHz, происходит резкое падение электропроводности, после, её показатели стремятся к одинаковым значениям у каждого металла, кроме железа.
3. На протяжении диапазона показатели железа слабо меняются, по сравнению с остальными металлами. Данное явление происходит, так как железо является магнитомягким металлом и начинает намагничиваться при попытке исследования его электропроводности.
4. Наибольшие показатели имеют образцы меди, за ними образцы алюминия. Наименьшей электропроводностью обладает олово.
Благодарности. Исследование выполнено в рамках реализации Программы развития Алтайского государственного университета на 2021-2030 годы в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030», проект "Аппаратно-программный комплекс для исследования металлических изделий и деталей вихретоковым и лазерно-акустическим методом".
Список литературы
1. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалёв А.В. Неразрушающий контроль и диагностика. М.: Машионвтроение, 2005. 656 с.
2. Семенов В.С., Рябцев А.П., Мудров А.Е. Электромагнитные методы дефектоскопии и контроля в СФТИ и Томском госуниверситете // Вестник ТГУ, 2003. С. 48-54.
3. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1987. 239 с.
4. Шубочкин А.Е. Развитие и современное состояние вихретокового метода неразрушающего контроля. М.: Спектр, 1986. 288 с.
5. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 2014. 608 с.
6. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника: Учеб. для студентов вузов. М.: Высш. шк., 1986. 304 с.
7. Григулис Ю.К. Электромагнитный метод анализа слоистых полупроводниковых и металлических структур. Рига: Зинатне, 1970. 272 с.
8. Павлов Л.В. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Высш. шк., 1987.
239 с.
9. Блатт Ф. Физика электронной проводимости в твердых телах. М.: Мир, 1971. 470 с.
10. Федосенко Ю.К., Шкатов П.Н., Ефимов А.Г. Вихретоковый контроль: учебное пособие; под общ. ред. акад. РАН В. В. Клюева. М.: Спектр, 2011. 223 с.
11. Ковтонюк Н.Ф., Концевой Ю.А. Измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1970. 432 с.
Кистаев Семен Евгеньевич, студент, [email protected], Россия, Барнаул, Алтайский государственный университет,
Маликов Владимир Николаевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Барнаул, Алтайский государственный университет,
Шмыков Данил Николаевич, студент, danyshmvkov0000@,mail. ru, Россия, Барнаул, Алтайский государственный университет,
Войнаш Сергей Александрович, младший научный сотрудник, sergey_voi@mail. ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, sokolova_vika@inbox. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,
Ворначева Ирина Валерьевна, канд. техн. наук, доцент, vornairina2008@yandex. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет
INVESTIGATION OF METAL PRODUCTS BY THE EDDY CURRENT METHOD S.E. Kistaev, V.N. Malikov, D.A. Shmykov, S.A. Voinash, V.A. Sokolova, I. V. Vornacheva
The paper considers aspects of the creation of modern eddy current sensors that allow the study of metallic ferromagnetic and non-ferromagnetic materials. A hardware and software complex has been created that allows controlling the developed eddy current converter and using it to scan conductive materials. During the experiment, the frequency range optimal for the study of electrical conductivity was determined. This range ranges from 10 to 500 kHz. It has been found that with frequency values greater than 500 kHz, there is a sharp drop in electrical conductivity, after which its indicators tend to the same values for every metal except iron.
Key words: eddy current control, metals, hardware and software complex, signal analysis.
Malikov Vladimir Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, osys11@gmail. com, Russia, Barnaul, Altai State University,
Shmykov Danil Nikolaevich, student, danyshmykov0000@mail. ru, Russia, Barnaul, Altai State University, Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher, sergey [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal
University,
Sokolova Viktoriia Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, sokolova [email protected], Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,
Vornacheva Irina Valerievna, candidate of technical sciences, docent, vornairina2008@yandex. ru, Russia, Kursk, South-West State University
УДК 621.322
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-5-141-142
РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИИ И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВЫБОРУ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ И ПЕРЕХОД НА МНОГООСЕВУЮ ОБРАБОТКУ В УСЛОВИЯХ ШИРОКОЙ
НОМЕНКЛАТУРЫ ИЗДЕЛИЙ
В.В. Хрячкова, В.А. Васин, Д.П. Чернявский
В статье представлены результаты разработки классификации и рекомендаций по выбору технологии изготовления деталей и переход на многоосевую обработку в условиях широкой номенклатуры изделий (на базе предприятия АО «КБП»). Эффект от внедрения в цикл технологической подготовки производства стадии по классификации изготавливаемых деталей приводит к ускорению технологической подготовки производства.
Ключевые слова: технологичность, технологический процесс, трудоёмкость, производительность, технологическая подготовка производства, многоосевая обработка, номенклатура изделий.
В связи с расширением номенклатуры изготавливаемых изделий и увеличением станочного парка (внедрение многоосевых станков с ЧПУ) предприятий военно-промышленного комплекса, встала острая необходимость в модернизации технологической подготовки производства, а именно, разработке классификации и рекомендаций по выбору технологии изготовления деталей в сжатые сроки.
Внедрение новых прогрессивных технологий и оборудования при производстве сложных деталей в машиностроении используется многоосевое металлообрабатывающее оборудование с числовым программным управлением и специальными методами обработки, способные реализовать технологии с помощью многокоординатного формообразования.
Обработка на ЧПУ оборудовании - это цифровая технология, с помощью которой, можно производить высокоточные детали с превосходными физическими свойствами. Благодаря высокому уровню автоматизации, ЧПУ обработка является конкурентоспособной по цене, как для изготовления единичных деталей, так и для организации мелкосерийного производства.
Изменение номенклатуры изготавливаемых деталей, увеличение и модернизация средств производства, ужесточение сроков сдачи продукции ведет к вводу в цикл технологической подготовки производства новых, актуальных работ, направленных на уменьшение предпроектного времени по выбору оборудования, а соответственно и написания управляющих программ.
Основной процесс создания управляющих программ для изготовления деталей на многоосевом оборудовании разделяют на несколько этапов. В начале программист проектирует 3Б - модель детали. Затем создает файл обработки, основываясь на трехмерной модели, далее формирует код управляющей программы, которая впоследствии будет загружаться на станок. Наконец, система ЧПУ выполняет все операции обработки. Но на какой станок будет формироваться код, это необходимо решить.
Станки с ЧПУ (рисунок 1), которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения. Так же существуют и другие станки с ЧПУ: лазерные, электроэрозионные и др.
3-х осевые станки с ЧПУ. Фрезерные и токарные станки с ЧПУ служат примерами 3-х осевых систем. Эти «базовые» станки позволяют перемещаться режущему инструменту и заготовке по 3-м линейным осям друг относительно друга.
4-осевые станки с ЧПУ. 4-х осевые станки с ЧПУ, позволяют перемещаться режущему инструменту по осям 3-м линейным осям и по дополнительной оси вращения А. Эта дополнительная ось позволяет станку работать с заготовкой под разными углами и помогает создавать сложные детали с высокой точностью.
5-осевые станки с ЧПУ. Эти системы, по сути, являются станками с дополнительными степенями свободы. Например, 5-ти осевые фрезерные станки с ЧПУ позволяют вращать станину станка или головку инструмента (возможно, сразу всё вместе), в дополнение к трем линейным осям перемещения.
