Сложность структуры алмазоносного слоя, развитость режущего рельефа алмазных кругов затрудняют оптическое исследование их рабочей поверхности. Однако ряд задач такого характера можно решать с помощью металлографических микроскопов с применением специальных методик [42, 52], которые позволяют получать высокое разрешение при изучении деталей рельефа высотой до 100 … 160 мкм.
При помощи перпендикулярно падающих поляризованных лучей света при больших увеличениях были получены снимки непосредственно с поверхности круга. В этом случае часть изображения формируется за счет некогерентных рассеянных лучей. Составляющие поверхности алмазного круга и обработанной поверхности СТМ изучались с использованием цветового контраста фаз в поляризованном свете. Каждая фаза имеет свои оптические свойства, определяющие собственные слабые деполяризационные рефлексы. Благодаря различной окраске легко дифференцируются такие составляющие алмазоносного слоя как карбид бора, алмаз, бронза и т. д.
Используя различную окраску площадок износа на алмазных зернах, а также различный цвет микрополостей на поверхности СТМ, разработали специальную программу, позволяющую в компьютерном режиме определять процентное содержание площадок износа на зернах на поверхности РПК и дефектов на поверхности СТМ. Данная программа позволяет автоматически определять процентное содержание площадок износа на алмазных зернах и относительную площадь микродефектов на обработанной поверхности СТМ.
С помощью сканера фотография рабочей поверхности круга или обработанной поверхности СТМ в поляризованном свете (рис. 2.14 а) оцифровывается и сохраняется в файле с расширением *.bmp. Созданный файл открывается в программе (рис. 2.14) и перемещением манипулятора «мышь» с нажатой левой клавишей по изображению площадок износа или микрополости (металлофазы) выбирается их цвет для вычисления процентного содержания площадок износа на поверхности РПК. Программа позволяет выбирать объекты одного или нескольких цветов и суммирует результат.
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|
|
б
Рис. 2.14. Компьютерная цветометрическая методика изучения параметров РПК и дефектов поверхности СТМ:
а — фотография поверхности РПК в поляризованном свете в исходном состоянии; б — фотография поверхности РПК в по-
ляризованном свете после цветометрического анализа; в — функциональные элементы интерфейса
Так как в фотографиях различаются около 16 миллионов цветов и их оттенков, то для более точного вычисления количества пикселей заданного цвета в программе предусмотрено изменение величин (R, G, B) — составляющих. Это позволяет подсчитать не только основной цвет, выбранный пользователем, но и его ближайшие оттенки, количество которых также выбирает пользователь.
В связи с разработкой программного продукта на языке программирования высокого уровня Borland Delphi 5.0 для Windows 95/98 или выше возникают некоторые требования к вычислительной технике, на которой будет эксплуатироваться программный продукт. Минимальные требования к вычислительной технике определяются требованиями для Windows 95/98 или выше и составляют: 1) IBM PC AT совместимый компьютер с процессором 486SX-33 или более мощным; 2) видео карта VGA емкостью не менее 512 Кбайт; 3) объем ОЗУ не менее 16 Мбайт; 4) НЖМД (винчестер) не менее 40 Мбайт; 5) Windows 95/98 или выше.
Выбор языка программирования Delphi связан с удобством обработки очень объёмных структур данных, а также с возможностью реализации удобного интерфейса (см. рис. 2.14).
Использование разработанной методики существенно сокращает трудоемкость и время экспериментального изучения параметров РПК и структуры обработанной поверхности СТМ. Полученные результаты использованы при определении фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ».
Сравнение результатов изучения относительной площади площадок износа на зернах РПК по данной методике с методикой лазерного сканирования для определения параметра относительной опорной площади РПК подтвердило ее достаточную точность.
1. Разработана методология исследования, основанная на комплексном 3D теоретическом и экспериментальном изучении процесса приспосабли — ваемости элементов системы «СТМ-зерно-связка», реализующая семь прин-
ципов, составляющих физические представления сути протекающих процессов. Эта методология может быть эффективно использована при исследовании любых триботехнических систем для определения оптимальных условий их функционирования.
2. Адаптированная к решаемой задаче методика лазерного сканирования и компьютерной обработки 3D топографии поверхности РПК и обработанной поверхности СТМ открывает новые возможности для исследования динамики изменения 3D параметров РПК и СТМ и, что особенно важно, позволяет оценивать 3D параметры субмикрорельефа отдельных алмазных зерен. По величине относительной опорной площади исследуемых поверхностей можно судить об изменении фактической площади контакта в системе «РПК-СТМ».
3. Использование пакета прикладных программ для метода конечных элементов при 3D моделировании напряженно-деформированного состояния единой системы «СТМ-зерно-связка» позволяет в максимально приближенных к реальным условиям оценивать взаимовлияние физико-механических свойств алмазных зерен, СТМ и связки на поля главных и приведенных силовых, температурных и термосиловых напряжений, энергии и плотности энергии деформации, частоту собственных колебаний алмазных зерен.
4. Разработана методика контроля динамической прочности алмазных зерен непосредственно в круге, основанная на определении числа циклов ультразвукового нагружения до разрушения алмазных зерен на РПК мелкими и высокопрочными алмазными инденторами (зернами) и учитывающая жесткость связки. С дополнением предложенной методики определения удельного износа и коэффициента использования потенциальных режущих свойств алмазных зерен, эта позволяет оценивать эффективность алмазного шлифования СТМ и подбирать оптимальные пары «марка СТМ-марка алмазного зерна». Данная комплексная методика определения работоспособности алмазно-абразивного инструмента по сравнению с традиционно используемой существенно повышает достоверность контроля качества алмазных кругов.
5. Разработанная методика оценки уровня приспосабливаемости при алмазном шлифовании СТМ, основанная на использовании электризации трущихся алмазных пар, может быть успешно применена для адаптивной системы управления параметрами РПК.
6. Предложен и реализован цветометрический метод компьютерной обработки фотографий рабочей поверхности круга и обработанной поверхности СТМ, полученных в поляризованном свете, позволяющий в автоматическом режиме определять параметры РПК, параметры хрупкого и пластического разрушения СТМ, относительную площадь и длину дефектов на обработанной поверхности СТМ. Разработана методика, алгоритмы и программное обеспечение для ее реализации в виде готового программного продукта.
7. Разработана методика определения коэффициента использования потенциальных режущих свойств алмазных зерен, основанная на особенностях взаимного микроразрушения элементов системы «СТМ-зерно-связка» и использовании в качестве измерительной базы поверхности площадок на зернах, стабильно образующихся в результате специального испытания круга при шлифовании алмазного образца (а. с. №1404892).
8. Созданный экспериментальный стенд обеспечивает осуществление и исследование процесса ультразвукового алмазного шлифования с адаптивным комбинированным управлением приспосабливаемостью за счет дозируемого целенаправленного удаления связки и ультразвукового формирования режущего субмикрорельефа на алмазных зернах. Модернизированное по разработанной документации технологическое оборудование обеспечивает реализацию процесса в производственных условиях.