способ управления процессом правки изделий

Формула изобретения

Способ управления процессом правки изделий, при котором непрерывно измеряют прикладываемое к изделию усилие и создаваемую этим усилием деформацию, осуществляют разграничение стадий обработки изделия на выборку зазоров между элементами правильного устройства и между изделием и инструментом, упругое деформирование изделия, его пластическое деформирование и упрочнение при пластическом деформировании, после начала пластического деформирования сравнивают текущее значение деформации с требуемым значением остаточной деформации и при их равенстве прекращают процесс правки, отличающийся тем, что после выборки зазоров и достижения значения прикладываемого усилия величины, равной величине эксплуатационного нагружения, непрерывно измеряют параметры акустической эмиссии, возникающей в изделии, по которым судят о наличии в нем дефектов, и при их отсутствии определяют производную эффективного значения акустической эмиссии по деформации, а разграничение стадий деформирования изделия осуществляют, сравнивая значение этой производной с нулем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для правки длинномерных изделий растяжением, скручиванием, изгибом.

Известен способ управления процессом правки изделий, по которому непрерывно измеряют прикладываемое к изделию усилие и создаваемую этим усилием деформацию, непрерывно определяют текущее значение жесткости изделия как производную от усилия, прикладываемого к изделию, по величине его деформации, полученное максимальное значение жесткости вводят в систему управления, вычисляют значение остаточной деформации изделия, сравнивают его с заданным значением остаточной деформации и при их равенстве подают сигнал на прекращение процесса правки (авт. св. СССР N 1266601, кл. B 21 D 3/00). Недостатком данного способа управления процессом правки является необходимость предварительного определения механических свойств материала изделия.

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности существенных признаков является способ управления процессом правки изделий, при котором непрерывно измеряют прикладываемое к изделию усилие и создаваемую этим усилием деформацию, осуществляют разграничение стадий обработки изделия на выборку зазоров между элементами правильного устройства и между изделием и инструментом, упругое деформирование изделия, его пластическое деформирование и упрочнение при пластическом деформировании, а после начала пластического деформирования сравнивают текущее значение деформации с требуемым значением остаточной деформации и при их равенстве прекращают процесс правки (патент РФ N 2006311, МПК B 21 D 1/00, 3/00).

Недостатками известного способа являются сложность его осуществления и ограниченная область использования, обусловленные необходимостью определения геометрии обрабатываемого изделия, многоцикловым процессом правки, невозможностью использования способа для правки изделий из материалов, не имеющих площадку текучести, а также ограниченными возможностями правки длинномерных изделий малого диаметра.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке надежного, технологически простого способа управления процессом правки изделий, имеющего достаточно широкую область применения.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе управления процессом правки изделий, при котором непрерывно измеряют прикладываемое к изделию усилие и создаваемую этим усилием деформацию, осуществляют разграничение стадий обработки изделия на выборку зазоров между элементами правильного устройства и между инструментом и изделием, упругое деформирование изделия, его пластическое деформирование и упрочнение при пластическом деформировании, а после начала пластического деформирования производят сравнение текущего значения деформации с требуемым значением остаточной деформации и при их равенстве прекращают процесс правки, в отличие от прототипа после выборки зазоров и достижения значения прикладываемого усилия величины, равной величине эксплуатационного нагружения, непрерывно измеряют параметры акустической эмиссии (АЭ), возникающей в изделии, по которым судят о наличии в нем дефектов, и при их отсутствии определяют производную эффективного значения АЭ по деформации, а разграничение стадий деформирования изделия осуществляют, сравнивая значение этой производной с нулем.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в следующем. Как известно, к главным источникам АЭ, наряду с появлением и развитием микро- и макротрещин, трением поверхностей разрыва трещин, относятся также процессы пластической деформации, связанные с появлением, движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки (Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. проф. В.В. Клюева. М., "Машиностроение", 1995, стр. 224). На фиг. 1 приведены типичные зависимости эффективного значения акустической эмиссии V и напряжения от деформации для различных материалов. Кривые типа "а" характеризуются наличием максимума в районе предела текучести _т и снижением эффективного значения АЭ в зоне упрочнения. Это объясняется развитием и протеканием в материале деформаций Чернова-Людерса, выражающееся в образовании на кривой упрочнения площадки текучести, сопровождающееся резким возрастанием эффективного значения АЭ и сохранением его высокого уровня до начала упрочнения. Рассматриваемый механизм деформации и возникновения АЭ характерны для большинства углеродистых сталей, за исключением сталей аустенитного класса. Для металлов с кристаллической решеткой типа гранецентрированный куб (алюминий, медь, латунь) и сталей при повышенной температуре характерны кривые типа "", когда зависимость () плавно возрастает до момента разрушения, а максимум эффективного значения АЭ наблюдается вблизи физического предела текучести _0,2 при достижении относительной пластической деформации 0,2%. Общей особенностью рассмотренных зависимостей является низкое эффективное значение АЭ в зоне упругих деформаций и сильное ее увеличение перед разрушением (на фиг. 1 отмечены знаком "х"). Однако в процессе нагружения при наличии в изделии дефектов типа естественных трещин происходит концентрация напряжений вблизи острого края дефекта. Когда локальное напряжение превосходит предел прочности, происходит микроразрыв - скачкообразное увеличение дефекта, сопровождающееся резким увеличением сигналов АЭ. При дальнейшем нагружении процесс повторяется и заканчивается катастрофическим развитием дефекта - разрушением изделия. Появление АЭ в зоне упругих деформаций подчиняется эффекту Кайзера, когда при повторных нагружениях АЭ резко уменьшается и вновь начинает регистрироваться после достижения максимальной предшествующей нагрузки. Другими словами, если изделие эксплуатировалось при рабочих нагрузках, то появление АЭ возможно при превышении этих нагрузок. Таким образом, анализируя сигналы АЭ, возникающие в материале изделия при его нагружении в процессе правки, можно обнаружить развивающиеся дефекты и разграничить изменения физико-механических свойств материала на области упругого деформирования, пластического деформирования и упрочнения при пластическом деформировании. Учитывая при этом значения приложенного усилия и возникающих от него деформаций, можно управлять процессом правки изделий из различных материалов.

Сущность способа поясняется схемой последовательности операций его выполнения по стадиям деформирования, приведенной на фиг. 2.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Обрабатываемое изделие устанавливают в исходное положение и прикладывают усилия для его выпрямления. При правке длинномерных изделий таковыми могут быть растяжение, скручивание, изгиб или их комбинация. В начальный момент рабочего хода оборудования происходит выборка зазоров между элементами деформирующего устройства и между изделием и инструментом. Эта стадия правки характеризуется высоким уровнем акустических шумов деформирующего устройства и взаимодействия изделия и инструмента. Измерение АЭ, возникающей в изделии, в этом случае теряет смысл (невозможно). На стадии выборки зазоров измерение параметров АЭ заблокировано и все они принимаются равными нулю. С началом рабочего хода непрерывно в блоке 1 измеряют прикладываемое к изделию усилие F и создаваемую этим усилием деформацию U. При комбинированном нагружении должны учитываться результирующие параметры усилий и деформаций по составляющим. Так, например, при одновременном растяжении и скручивании результирующее значение пропорционально среднеквадратичному значению составляющих, т.е.:



где F_p, - усилие и деформация растяжения;

F_c, - усилие и деформация скручивания;

k - масштабный коэффициент связи напряжений растяжения и скручивания.

На следующей стадии обработки с помощью блока 2 при достижении прикладываемым усилием величины, равной величине эксплуатационного нагружения изделия, измеряют и обрабатывают параметры АЭ, характеризующие наличие развивающихся дефектов в изделии, а также эффективное значение V акустической эмиссии, возникающей в бездефектном изделии. При этом осуществляют измерение совокупности параметров АЭ, необходимых для выяснения как наличия или отсутствия дефектов в изделии, так и изменений физико-механических свойств в материале изделия при его нагружении. К таким параметрам относятся параметры АЭ, указанные в ГОСТ 27655-88, а также не указанные в нем, но повсеместно используемые на практике, например амплитуда импульсов АЭ, длительность акта АЭ, время нарастания переднего фронта импульса АЭ, время прихода (приема) импульса АЭ и др. Измерение всех этих параметров осуществляется с помощью известной в настоящее время и широко используемой аппаратуры, в частности, такой как Акустико-эмиссионный прибор ЛОКУС-3160 или Унифицированный акустико-эмиссионный диагностический комплекс "ЭКСПЕРТ-2000". Эффективное значение АЭ V представляет собой произведение активности АЭ (или скорости счета АЭ) на среднее значение амплитуды сигналов АЭ за единицу времени (см. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. В. В. Клюева. М., "Машиностроение", 1995, стр. 225). При обнаружении в изделии дефекта последний классифицируется по степени опасности и в случае его активности процесс правки досрочно прекращается ввиду неминуемого разрушения изделия при дальнейшей правке или эксплуатации. Соответствующая команда поступает с блока 2 на блок 6, вырабатывающий управляющий импульс A_упр. При отсутствии развивающихся дефектов в изделии в блоке 3 измеряемое (текущее) эффективное значение V акустической эмиссии дифференцируют по текущему значению U деформации, поступающему с блока 1. Полученное значение производной V¹ = dV/dU в блоке 4 сравнивают с нулем и разграничивают стадии деформирования изделия. В процессе правки линейное возрастание усилия и деформации, когда V¹ >0, означает стадию упругого деформирования (эффективное значение АЭ непрерывно возрастает). Обращение производной в ноль V¹ = 0 означает стадию пластического деформирования (эффективное значение АЭ поддерживается на максимальном уровне). Изменение знака производной V¹ < 0 - свидетельствует о стадии упрочнения при пластическом деформировании (эффективное значение АЭ падает). Значения производной V¹ сопоставляются с текущими значениями F и U в блоке 5. При необходимости вычисляют и корректируют значения предела текучести и _т модуля упругости и других параметров материала изделия. Сравнивают текущее значение деформации U с требуемым U_тр и при их равенстве подают команду на блок 6, вырабатывающий управляющий импульс A_упр на прекращение процесса правки.

Наиболее эффективно применение данного способа при правке длинномерных изделий малого диаметра растяжением и скручиванием, когда другие способы не дают необходимых результатов из-за влияния термообработанного поверхностного слоя изделия.