Приборы НК для предприятий подшипниковой промышленности
В статье дан краткий обзор методов и средств НК, применяемых на заводах подшипниковой промышленности. Описаны принцип действия, область применения и приведены основные технические характеристики приборов.
Об авторах
Мельников Игорь Викторович
Директор БНПГП «НИИ Подшипник», член правления БАНКиТД. Кандидат техн. наук, с. н. с. Научные интересы - методы и средства структурного НК деталей, методы и средства вихрето- кового контроля поверхностных слоев деталей после шлифовальных и финишных операций и связь их свойств с эксплуатационными параметрами.
Семенов Евгений Николаевич
Заведующий НИО НМК. В 1981 г. окончил факультет радиофизики и электроники БГУ. Научные интересы - вихретоковые методы структуро- и дефектоскопии.
Семенов Александр Евгеньевич
С. н. с. НИО НМК, аспирант кафедры квантовой радиофизики и опто-электроники БГУ. В 1995 г. окончил факультет радиофизики и электроники.
Рациональное применение методов НК повышает качество продукции за счет совершенствования технологических процессов и своевременной корректировки режимов обработки. Накопленный в течение 40 лет в Белорусском научно-производственном государственном предприятии «НИИ Подшипник» значительный опыт по разработке и внедрению в подшипниковой промышленности структуро- и дефектоскопов позволяет комплексно решать задачи контроля. На схеме (рис. 1) отражено использование средств НК на передовых предприятиях подшипниковой промышленности, обеспечивающих качество выпускаемой продукции на всех стадиях технологического процесса.
В подшипниковой промышленности наибольшее распространение для структуро- и дефектоскопии заготовок и деталей подшипников получили вихретоковый и магнитный методы НК, применение которых основано на связи физико-механических свойств контролируемых объектов и их электромагнитных параметров.
Магнитный метод контроля наибольшее распространение получил при контроле качества отжига поковок колец и остаточного аустенита.
Для контроля качества отжига поковок колец из сталей ШХ15 и ШХ15СГ используется установка модели УКО. Ее работа основана на измерении коэрцитивной силы или остаточной намагниченности. Установка позволяет выявлять поковки с повышенной и пониженной твердостью, а также со структурой пластинчатого перлита, что обеспечивает качество последующей механической обработки. Размеры контролируемых поковок: диаметр 30 ÷ 450 мм, высота 20 ÷ 180 мм.
Контроль содержания остаточного аустенита в кольцах железнодорожных подшипников осуществляется на установках типа УКА. Работа установки основана на измерении намагниченности насыщения. Она обеспечивает контроль как непосредственно после закалки, так и после отпуска. Для настройки и проверки работоспособности прибора в процессе эксплуатации в комплект поставки входят аттестованные по ферромагнитной массе стандартные образцы. Пределы контроля остаточного аустенита от 0 до 30 %. Масса контролируемых колец 2 кг и более, диаметр - до 450 мм. Для контроля деталей подшипников массой до 2 кг используется прибор ПКА, работа которого основана на измерении разности намагниченности насыщения эталонной (с известным количеством остаточного аустенита) и контролируемой деталей, помещенных в дифференциальный магнитный мост. Внедрение в техпроцесс данного вида контроля позволило разрешить проблему временной стабильности размеров деталей подшипников.
Отладка прибора АПС для контроля прижогов на кольцах подшипников
Дефектоскоп АПС-Д для контроля поршневых пальцев на поверхностные дефекты
В последнее время перед заводами отрасли остро встал вопрос контроля исходного металла в состоянии поставки (прутки, трубы и т. д.). Традиционный металлографический анализ концевых отрезков прутков не обеспечивает 100 % контроль и связан с большими затратами.
В связи с этим в институте разработан и внедрен на ряде заводов вихретоковый дефектоскоп ПНК-86 для сплошного контроля в динамическом режиме поверхностных дефектов (трещины) и соответствия марке стали калиброванных прутков из подшипниковых сталей в составе автоматической линии. Диаметр контролируемых прутков от 10 до 45 мм. Минимальная глубина выявляемой трещины - 1 % от диаметра контролируемого прутка.
Контроль структурного состояния колец как после закалки, так и после низкотемпературного отпуска можно осуществлять, используя параметры первой гармоники вторичной ЭДС классического проходного преобразователя. Колебания диаметра колец являются существенным мешающим фактором при контроле структурного состояния, особенно после низкотемпературного отпуска. Ослабление этого фактора достигается фазовой отстройкой. Наилучшие условия отстройки обеспечиваются в диапазоне частот приблизительно от 200 до 800 Гц.
Рис. 2
Этим требованиям отвечает структуроскоп ПНК-73, предназначенный для полуавтоматического сплошного контроля качества термообработки деталей подшипников с рассортировкой на три группы: «Перегрев», «Норма», «Недогрев». На рис. 2 показан пример фазовой отстройки от колебаний размеров (наружный диаметр DH) при контроле колец подшипников 25.01 на данном приборе.
Рис. 3
Перспективность применения высших, в частности третьей, гармоник для контроля качества термообработки деталей подшипников, обусловливается их большей чувствительностью к структурному состоянию и повышенной помехозащищенностью контроля для изделий с большим размагничивающим фактором, когда контроль по первой гармонике становится практически невозможным. В качестве примера на рис. 3 приведена комплексная плоскость вносимых ЭДС первой и третьей гармоник от вариации диаметров D и температуры закалки шариков. Высшие гармоники используются и при контроле качества термообработки деталей подшипников из стали ЭИ347. Сложность контроля деталей из этой стали связана со значительным влиянием разброса свойств стали различных плавок на показания средств НК. При использовании в качестве информативного параметра проекции третьей гармоники на выбранную «ось контроля» и сопоставлении полученных результатов с величиной среднего из общей совокупности зерен каждой детали или со средним из 10 % выборки наиболее крупных зерен удается получить однозначную зависимость для деталей из различных плавок сталей. Метод высших гармоник положен в основу работы структуроскопа АТШ, предназначенного для выборочного контроля качества закалки шариков и роликов с отношением длины к диаметру = 1. В качестве информативного параметра используется отношение 3-й гармоники к среднему значению сигнала многообмоточного трансформаторного преобразователя. Диаметр контролируемых шаров от 4 до 30 мм.
Прибор КОН для контроля остаточной намагниченности
Согласно современным представлениям, разрушение деталей подшипников начинается в тонких поверхностных слоях рабочих поверхностей. Снижение предельных значений контактной усталости вызывается наличием в поверхностных и примыкающих к ним слоях деталей центров разрушения, нарушающих однородность структурно-механических свойств. Серия приборов типа АПС предназначена для контроля однородности структурно-механических свойств рабочих поверхностей деталей подшипников. Эти приборы могут быть использованы в исследовательской практике при наладке и отработке технологических процессов финишной обработки поверхностей деталей (применение новых станков, абразивных материалов, СОЖ и т. д.), оптимизации эксплуатационных свойств рабочих поверхностей, исследовании усталостной долговечности подшипников качения. При сканировании контролируемой поверхности постоянная составляющая сигнала вихретокового преобразователя характеризует структурно-механические свойства поверхностного слоя, а переменная - однородность свойств. Приборы серии АПС применяют для выявления прижогов и дефектов нарушения сплошности на деталях подшипников после шлифовальных операций, что позволяет отказаться от традиционного контроля методом холодного травления. На рис. 4 приведен характерный вид осциллограммы сигналов от трех участков поверхности: годного, с прижогами типа «врез» и штриховыми. Прибор АПС-76 функционально заменяет приставку «ЕОТ» к автомату АУТКО чехословацкого производства, при этом дополнительно позволяет проводить анализ однородности структурно-механических свойств поверхности шариков. Разрешающая способность прибора при контроле шлифованной поверхности - сетка штриховых прижогов с минимальной площадью штрихов 1 мм2, предельные размеры выявляемой трещины: глубина - 0,05 мм, протяженность - 0,7 мм.
Рис. 4
В настоящее время актуальной задачей стало производство малошумящих подшипников. Разработанный для ее решения прибор ИВП предназначен для измерения и контроля вибрационных ускорений и скоростей в полосах частот 0,50 ÷ 0,3, 0,3 ÷ 1,8 и 1,8 ÷ 10 кГц. Прибор обеспечивает контроль вибрации механизмов по виброускорению от 1 до 30 м/с2 и по виброскорости от 0,0003 до 0,01 м/с.
Измерение и контроль остаточной намагниченности деталей подшипников и подшипников в сборе осуществляется прибором КОН-81 путем визуального наблюдения за отклонением стрелочного индикатора или сравнения намагниченности с наперед задаваемыми уровнями браковки. Прибор измеряет напряженность магнитного поля в диапазоне от 0 до 500 А/м. С прибором может быть поставлена мера магнитного поля и градиента магнитного поля МПГ-82. На весь комплекс выдаются свидетельства о государственной поверке.
Автоматический структуроскоп КТР для разбраковки иглороликов по твердости
Компьютеризация средств НК позволит широко использовать статистические методы контроля с использованием международного стандарта ИСО 9001 для обеспечения высокого качества выпускаемой продукции за счет лучшего управления техпроцессом. Практический интерес представляет также реализация вихретокового метода контроля в режиме намагничивания с заданной напряженностью внутреннего поля. В этой области на базе IBM-совместимого компьютера создан измерительный комплекс «САКТ-1», позволяющий проводить статистический контроль и рассортировку деталей подшипников после различных видов термообработки. Использование комплекса позволяет не только обнаруживать брак, но с помощью статистических методов предупреждать его, поддерживать процесс на надлежащем уровне воспроизводимости, а также выявлять причину дефекта и предотвращать его дальнейшее возможное появление. Статконтроль включает в себя построение контрольных карт (X- R карта), графиков распределения и гистограмм, проверку на нормальность распределения и стационарность процесса, расчет индексов воспроизводимости процесса, вероятный процент брака и др. Цифровая обработка сигнала ВТП проводится по 1-й и 3-й гармоникам на частотах 10, 275 и 2000 Гц в намагничивающих полях от 5 до 20 кА/м.