Материаловед

УДК 621.002

Н.Л. Павлюкова, к.т.н., доц.

(ИГЭУ)

Для детального изучения состояния текстуры поверхности использована методика компьютерного трехмерного моделирования. Моделирование текстуры поверхности позволяет перейти от линейно-выборочного анализа микрорельефа к трехмерному топографическому представлению, исследовать тенденцию поведения микрорельефа. Для построения модели использовалась программная среда трехмерного моделирования 3D Studio MAX.

Построение трехмерной модели осуществлялось в несколько этапов. На первом этапе собиралась параметрическая информация модели. Для этого с исследуемой поверхности снимались профилограммы. Далее, на втором этапе, для возможности обработки при помощи вычислительной техники производилась оцифровка полученных профилограмм. Полученные файлы с оцифровкой профилограмм передавались в среду трехмерного моделирования 3D Studio MAX посредством программного плагина XY-spline. Третьим этапом являлось создание базовой модели поверхности, состоящей из набора сплайнов. На четвертом этапе базовая модель параметризовалась согласно полученным профилограммам и приобрела при визуализации форму поверхности адекватную реальной.

Например, создана модель поверхности, получаемой при магнитно- абразивном полировании (МАП) сплава МНЦ 15-20. Моделировалось состояние поверхности до обработки и через каждые 5 минут обработки. Общее время обработки 15 мин.

Согласно предложенному алгоритму сначала были получены профилограммы поверхности с помощью профилометра-профилографа модели АБРИС-ПМ7 (рис.1).

Рис. 1. Изображение профилограммы

С каждого образца снималось шесть профилограмм с шагом сканирования 0,1 мм; длина профилограммы 0,8 мм. Таким образом, профилограммы снимали с площадки длиной 0,8 мм и шириной 0,5 мм.

В виду особенностей программного обеспечения профилографа была возможность получить только растровое изображение профилограмм, поэтому для возможности их обработки средствами вычислительной техники они оцифровывались с помощью программы Grafula 4.0. Данная программа позволяет оцифровывать изображения графиков, профилограмм и т.п.

Для создания трехмерной модели поверхности использовалась базовая модель. Она представляет собой набор сплайнов, расположенных друг относительно друга на расстоянии равном шагу дискретизации. Шаг дискретизации устанавливался равным шагу сканирования профилограмм. Длина сплайнов определялась длиной профилограммы.

Далее осуществлялась параметризация сплайнов. Для этого использовались файлы оцифровки. С помощью программного модуля XY-spline каждый сплайн модели менял свою геометрию в соответствии с массивом координат точек, описывающих соответствующую профилограмму.

Затем осуществлялась визуализация модели. Визуализация проводилась в два этапа. На первом этапе сплайны обтягивались сеткой с размером ячейки на порядок меньше шага дискретизации рис. 2, а. На втором этапе к сетке поверхности применялся «материал», имитирующий металлическую поверхность рис. 2, б.

а)

б)

Рис. 2. Визуализация модели поверхности: а – сетчатая модель; б – модель с применением «материала»

В результате моделирования была получена трехмерная модель с шероховатостью и текстурой реальной поверхности образца.

Трехмерные модели поверхности образцов из материала марки МНЦ 15-20 были построены для разного времени обработки: до обработки, после 5, 10 и 15 минут МАП в СОТС марки МС М-4 (рис. 3).

а)

б)

Рис. 3. Моделирование изменения поверхности образца из МНЦ 15-20 при МАП: а – до обработки; б – время обработки 15 мин

Анализ полученных моделей показал, что в результате магнитно-абразивной полировки в первые 10 минут происходит интенсивное сглаживание (смятие) и срезание выступающих микро-вершин поверхности. В течение следующих 5 минут обработки процесс пластического деформирования замедляется. Вероятно, это происходит по причине упрочнения поверхностной структуры в результате микронаклепа. При обработке образцов в течение 20-30 минут значительных изменений текстуры поверхности не наблюдается.

Литература

Павлюкова Н.Л. Повышение эффективности отделочной обработки художественных изделий из медных сплавов свободными абразивами/ Н.Л. Павлюкова, В.А. Полетаев, М.Ю. Волкова; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2010. – 100 с.