Témata
Reklama

Využitie akustických emisií v technológii hydroabrazívneho delenia

Tento článok pojednáva o problematike akustických emisií pri hydroabrazívnom delení. V úvode prináša teoretické poznatky o danej technológii a analýzu súčasného stavu výskumných prác týkajúcich sa tejto témy. V ďalších častiach popisuje vykonané experimenty, pri ktorých boli sledované prejavy akustickej emisie pri zmene rezných podmienok.

Tieto experimenty boli následne vyhodnotené a výsledky graficky spracované. Na základe týchto výsledkov bola popísaná stabilita rezu v jednotlivých časových úsekoch. V poslednej časti uvádza príklady regulačných rovníc pre riadenie procesu hydroabrazívneho delenia a odporúčania pre ďalší výskum.

Analýza súčasného stavu riešenej problematiky

Výskumní pracovníci svoju pozornosť venovali aj vývoju metódy optickej detekcie a analýzy geometrických parametrov topografie povrchu stien generovaných hydroabrazívnym delením za účelom navrhnutia spôsobu automatizovanej kontroly a riadenia kvality [7, 9, 10, 4]. Ich hlavným cieľom bolo vypracovať metodiku a vytvoriť systém pre kontrolu AWJ. Ich práca sa prvýkrát zameriava na možnosť použitia AE zmyslového „senzorového" opatrenia na monitorovanie  nástroja a integrity povrchu obrobku. Výskumné práce sú zamerané na identifikáciu modernej monitorovacej techniky s cieľom využitia komplexných AE zmyslových opatrení nezávisle a/alebo v spojení s inými zmyslovými signálmi (napr. sily) v závislosti na tieto technické požiadavky:

  • rozpoznať časové vzorce, ktoré sú nezávislé na trajektórii nástroja;
  • schopnosť kalibrácie sily signálu AE vzávislosti na postupné zvyšovanie opotrebenie;
  • schopnosť detekovaťchyby povrchu obrobku (anomálie), v dôsledku vysokých prenosov energiena obrobenej ploche[1, 2, 4, 6, 7, 9].

Výsledky a diskusia

Pri vzorke bol použitý materiál AISI (309). Rozmery 60 x 200 x 15 (š x d x h). Rýchlosť posuvu 150 mm.min-1. Bola použitá nová zaostrovacia trubica s priemerom df = 0,8 mm. Hmotnostný prietok abrazíva bol ma= 400 g.min-1 - clona 11. Pre analýzu boli vybraté vzorky, ktoré boli rezané pri rýchlosti 150 mm.min-1. Tieto vzorky boli vybraté z dôvodu veľkosti dát. Analýzy iných vzoriek by boli časovo náročné a z dôvodu nedostatočných parametrov našej výpočtovej zostavy aj nezvládnuteľné. Signál AE bol v databanke pomocou LabView uložený s koncovkou *.tdms. Pomocou softwaru OriginLab 8.0 boli dáta prekonvertované do celkového súboru *.txt. V takejto forme môže byť analýza signálu urobená vo viacerých jednoduchších programoch. Pre prácu s dátami v tejto finálnej forme bol zvolený program MatLab R2009a (obr. 1, 2).

Reklama
Reklama
1. Načítaný signál softwarom MatLab Obr. 2. Priebeh signálu s oddelenou šumovou zložkou

V prvom rade je nevyhnutné signál rozdeliť na zložky periodické a neperiodické. Nebudeme zapodievať zložkami, ktoré sa periodicky neopakujú, práve naopak. Našou úlohou je určiť periodicky sa opakujúce časti signálu (obr. 3) a definovať ich pôvod, ich možné využitie a vzťahy medzi nimi. Takýto formát načítaného signálu nám jasne vyjadruje, aké hodnoty dosahovala amplitúda v závislosti na čase. Maximálne hodnoty sme dosiahli na začiatku rezu. Táto časť sa označuje aj ako prestrel materiálu. Najväčšie hodnoty akustickej emisie sme namerali pri prvom styku vodného prúdu s materiálom a následne po prieniku materiálom a dopadu prúdu na vodnú hladinu v zachytávacej vani. Doba prestrelu materiálu bola pri všetkých vzorkách približne 2 s. Po prieniku vodného prúdu materiálom amplitúda signálu rapídne klesla a v krátkom úseku oscilovala v rozmedzí od -1,5 do 1,5. Ďalší nárast hodnôt akustického signálu môžeme odpozorovať v úsekoch, kde sa trajektória rezu menila v pravom uhle a prechádzala na nasledujúcu stranu štvorcového rezu. Najmenšie rozpätie hodnôt amplitúdy boli počas experimentu namerané na úseku 4. Z toho môžeme predpokladať, že akustické a vibračné prejavy boli najnižšie práve v tejto časti, a teda daný úsek považujeme za najstabilnejší. V priebehu uvoľňovania vzorky a súčasného merania vibrácií boli namerané hodnoty vibrácií, presnejšie maximálne hodnoty vibrácií rozdielne od nameraných hodnôt akustických emisií. Na rozdiel od AE vibrácie dosahovali podľa nižšie uvedenej schémy najvyššie hodnoty v úseku medzi 5. a 6. bodom (obr. 4). Tento poznatok bol základnou informáciou pre stanovenie úseku, kde má proces AWJ najväčšiu nestabilitu. No na druhej strane sa potvrdilo, že najstabilnejší je úsek 4, teda podľa danej schémy medzi bodom 4 a 5. Merania dokazujú, že dochádza k násobeniu nízkych kmitočtov, ktoré môžu naznačovať nízke postavenie vzorky, alebo mechanické uvoľnenie vzorky (obr. 4 úseku medzi bodmi 5 a 6). Počas experimentálneho rezania boli zaznamenané nízke frekvencie 3 Hz. Táto hodnota dokazuje kolísanie tlaku pri rezaní abrazívnym vodným prúdom. 

Priebeh akustického signálu pri rezaní vzorky

Analýza FFT spektier

Najvhodnejšia metóda pre sledovanie vibračných signálov a s nimi spojených akustických emisií je metóda FFT (Fast Fourier Transformation). FFT spektrum sa častokrát využíva na oddelenie periodických zložiek signálu od neperiodických zložiek. Vo väčšine analýz sú dôležité iba periodické zložky, pretože javy, ktoré popisujú, môžeme v budúcnosti s istou pravdepodobnosťou predpovedať. Z uvedených grafických zobrazení FFT spektier (obr. 5, 6) je možné vyčítať istý periodický charakter nárastu amplitúd. Pri časovom porovnaní s trajektóriou rezu je zrejmé, že nárasty amplitúd súvisia so zmenou smeru rezu o 90°.

Grafické znázornenie uvoľnenia vzorky

Využitie výsledkov pre on-line riadenie procesu technológie AWJ

Pomocou akustickej emisie je možné riešiť praktické problémy, ktorým väčšina inžinierov a užívateľov čelí v procese technológie AWJ. Slúžia tiež k maximalizácii výkonu systému AWJ výroby a ku stanoveniu hodnôt parametrov procesu, ktorý prinesie požadovanú kvalitu výrobku. Nasledujúci vzťah (1) vyjadruje závislosť akustickej emisie od hĺbky rezu (obr. 7) pri delení AISI 309 s E = 200 GPa pri rýchlosti posuvu deliacej hlavice v = 150 mm.min-1:

Aae(t) = 0,09851 + 0,11102 * h(t)                 (1)

Korelácia amplitúdy AE(t) k hĺbke rezu h = f (t, Ra, vp) s lineárnou regresnou rovnicou môže byť použitá pre on-line riadenie v automatizovanom procese delenia ako riadiaca funkcia pre reguláciu rýchlosti posuvu vpREGUL [mm.min-1].

Nasledujúci vzťah (2) vyjadruje závislosť akustickej emisie od deformačnej sily:

Aae(t) = 0,14467 + 3,15582 * Fdef(t)                                (2)

Na obr. 8 je graficky zobrazená korelácia amplitúdy AE(t) k deformačnej sile  Fdef= f(t, h, vp) vyjadrením regresnej  rovnice.

Graficky znázornená závislosť AE (t) na deformačnej sile

Záver

Úlohou tohto článku bolo realizovať, vyhodnotiť a interpretovať experimenty sledovania zmien počas delenia materiálu AISI 390. Pri týchto experimentálnych úlohách boli merané a zaznamenávané akustické emisie. Akustické emisie (hluk) ako doposiaľ negatívny jav možno využiť v prospech zlepšenia kvality obrobeného povrchu a spoľahlivé riadenie procesu. Experimentálnymi úlohami, ktoré boli vykonané pri rôznych rezných rýchlostiach, hmotnostnom toku abrazíva a pri rôznych priemeroch dýz, sme došli k všeobecnému tvaru rovníc, ktoré môžu byť prerátanéá a nasledujúcim spôsobom použité na akýkoľvek materiál či rezné podmienky (obr. 9).

FFT spektrum akustického signálu
FFT spektrum uvoľnenej energie
Graficky zobrazená závislosť AE(t) k hĺbke rezu
Postup využitia regulačnej rovnice

Literatúra

[1]   Arul, S., Vijayaraghavan, L., Malhotra, S. K. 2007. Online monitoring of acoustic emission for quality control in drilling of polymeric composites. In Journal of   Materials Processing Technology, vol. 185, s. 184-190.

[2]   Axinte, D. A., Kong, M. C. 2009. An integrated monitoring method to supervise waterjet machining. In CIRP Annals - Manufacturing Technology, vol. 58, no. 1, s. 303-306.

[3]   Hassan, A. I., Chen, C., Kovacevic, R. 2004. On-line monitoring of depth of cut in AWJ cutting. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 44(6), s. 595-605.

[4]   Hloch, S. et al. 2008. Experimental study of surface topography created by abrasive waterjet cutting. In Strojarstvo. vol. 49, no. 4, s. 303-309,.

[5]   Chen, F. L., Wang, J., Lemma, E., Siores, E. 2003. The mechanism of surface striation formation in abrasive waterjet machining. In Journal of Materials Prosessing Technology, vol. 141, s. 213-218.

[6]   Kovacevic, R. 1992. Monitoring the depth of abrasive waterjet penetration. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 32(5), s. 725-736.

[7]   Miranda, R. M., Quintino, L. 2005. Microstructural study of material removal mechanisms observed in abrasive waterjet cutting of calcareous stones. Materials Characterization, 54, s. 370-377.

[8]   Mohan, R., Momber, A., Kovacevic, R., 1995. Detection of energy absorption during abrasive water jet machining using acoustic emission, MED-vol. 2-1, ASME, New York, s. 69-85.

[9]   Neelesh, K. J., Vijay, K. J. 2001. Modeling of material removal in mechanical type advanced machining processes: a state of the art review, Int. J. Mach. Tools Manuf., s. 1573-1635.

[10] Valíček, J. et al. 2007. Experimental analysis of irregularities of metallic surfaces generated by abrasive waterjet. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 47, s. 1786-1790.

Ing. Ivan Lazár

TU v Košiciach, Fakulta výrobných technológií Prešov

ivan.lazar@tuke.sk

TU v Košiciach, Fakulta výrobných technológií Prešov 

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO .  

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 110637
Datum: 09. 06. 2011
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Související články
Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

Související články
MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

Digitalizace: klíč k úspěchu

Již od roku 1919 zkoumá, vyvíjí a vyrábí zabezpečovací techniku společnost EVVA - rodinná firma se sídlem ve Vídni. To, že se nyní, přibližně o 100 let později, stala průkopníkem propojené výroby, je zásluhou její jasné strategie s důrazem na digitalizaci. Důležitým milníkem nové výrobní filozofie společnosti EVVA je soustružnické a frézovací centrum Hyperturn 65 Powermill v kombinaci se síťovým řídicím rozhraním Emconnect. S flexibilním výrobním systémem od společnosti Emco lze nyní kompletně automatizovat obrábění mosazných dílů v kusové výrobě i výrobě středních sérií.

MSV ve znamení obrábění

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci vynikajících obráběcích strojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Petra Odehnala z obchodního oddělení společnosti Pilart stroje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit