Основные положения. по дисциплине: «Основы автоматизации производства»

по дисциплине: «Основы автоматизации производства»

 

 

Выполнил:

студент гр. 833 Полянских И.Н.

Проверил:

к.т.н., доцентЖиляев С.В.

 

 

Ижевск

Двухсторонняя таблица решений для зубодолбёжных станков.

 

Двухсторонняя таблица решений предназначена для поиска одного единственного решения. В этих таблицах используется два входа.

 

1) выбор параметров применимости, влияющих на применение технического решения для данных условий.

 

№	ТР	Диаметр, D(мм)	Ширина, Н(мм)	Модуль, m(мм)
min	max	min	max	min	max
	5M150
	5M161

 

2) определение характеристик параметров применимости технических решений.

 

 

3) построение таблицы решений:

 

Н, мм

Модуль m при диаметре D, мм.

 

4) построение минимизированной таблицы решений

 

Н, мм	Модуль m при диаметре D, мм.

 

Также будет выглядеть и формализованная таблица решений.

5) проверка правильности построения двухсторонней таблицы решений для:

D – 450

H – 80

M – 5

Единственным решением является техническое решение -

Утверждаю

Зам. директора по уч. работе

_________________________

«___»_____________20__г.

Дисциплина: Материаловедение

Отделение: Механическое

Место проведения: Кабинет

А

 

Инструкционно-технологическая карта

На выполнение лабораторной работы № 1

Рассмотрено на заседании

цикловой комиссии дисциплин

«___»_____________20__г.

Протокол №____________

Председатель цикловой

комиссии _________________

 

 

Тема: Свойства металлов и сплавов.

 

Наименование работы: Определение твердости

 

Цель: - ознакомиться с методами определения твердости по Бринеллю, Роквелла и Виккерсу;

- приобрести навыки в самостоятельном определении твердости материалов по методу Бринелля;

 

Норма времени: 2 часа

 

Приборы и принадлежности: 1. Твердомеры ТШ – 2шт.

2.Заготовки (прокат) для измерения твердости методом Бринелля

3. Измерительные лупы к твердомеру ТШ-2…3шт.

4.Образцы из сталей марок: 20, 45, 60, У8, У10 – не менее 6 штук, разных марок.

5.Плакаты: «Твердость металлов», «Изменение твердости образцов», «Кинематическая схема твердомера ТШ-2», «Испытание на твердость по Роквелла (прибор ТК-2)», «Таблица соотношений чисел твердости по Бринеллю, Роквелла, Виккерсу».

6.Методические указания к лабораторной работе «Измерение твердости металлов и сплавов

 

Литература к изучению и выполнению

лабораторной работы

1. В.И.Онищенко «Технология металлов и конструкционные материалы»- М.Колос 1984г 2-е издание стр. 120-130

 

Основные положения

Твердость – это способность материала сопротивляться проникновению в него под статической нагрузкой другого, более твердого тела (наконечника) определенной формы и размеров.

Это определение относится к наиболее широко применяемым методам измерения твердости при вдавливании, но существуют при измерении твердости и другие способы воздействия на материал: царапание, удар, магнитное поле.

Вдавливаемый наконечник может иметь форму шарика, конуса, пирамиды, а изготавливается из малодеформирующегося материала: твердой закаленной стали, алмаза, сапфира, твердого сплава. Выбор формы, размера наконечника и величины прилагаемой нагрузки зависит от целей испытания, от структуры материала и ожидаемой твердости, от размеров испытываемой детали или образца.

Из всех видов механических испытаний материалов измерение твердости проводится чаще всего, т.к. оно не требует специальных образцов и выполняется непосредственно на деталях (на заготовках), не разрушая их: отличается простотой, высокой скоростью и портативностью применяемых приборов по сравнению с испытаниями на прочность, пластичность и вязкость. Следы от испытаний на твердость обычно не влияют на работоспособность детали, но при необходимости могут быть зачищены.

Испытание на твердость охватывает практически неограниченный круг материалов от самых мягких (графит, легкоплавкие металлы и др.) до ультратвердых (тугоплавкие карбиды и бориды, абразивные материалы и др.).

Несложно измерить твердость многотонных отливок и поковок, крупногабаритных стальных профилей и сооружений переносными твердомерами. И вместе с тем, можно замерить твердость материалов в микрообъемах, твердость нитевидных кристаллов, микротвердость тонких поверхностных слоев, пленок и т.д.

Твердость – как механическое свойство материала, характеризует его состояние, микроструктуру, технологические и эксплуатационные свойства, определяет качество термообработки.

При измерении твердости любым методом поверхность детали (образца или заготовки) должна быть плоской, горизонтальной и не иметь таких дефектов, как окалина, забоины, грязь. Все поверхностные дефекты необходимо зачистить мелкозернистым кругом, напильником или наждачной бумагой, но так чтобы величина твердости не изменилась от возможного нагрева или наклепа поверхности.

В современных условиях производства и для научных целей применяют около тридцати методов определения твердости. В качестве стандартных и большинстве стандартных и большинстве стран мира утверждены три:

- метод Бринелля (I. A. Brinell – шведский ученый, первым нашел инженерное решение массового, неразрушающего и производительного контроля твердости, 1900г.):

- метод Роквелла (разработал в 20 –е годы американский металлург S. P. Rockwell);

- метод Виккерса (разработан сотрудниками британского концерна «Vickers Ltd» в 20-ые годы).

Метод Бринелля

(ГОСТ 9012-59, СТ СЭВ 468-77)

Сущность метода заключается во вдавливании стального закаленного или твердосплавного шарика диаметром D в образец или изделие под действием статического усилия F, приложенного перпендикулярно поверхности образца в течении определенного времени, и измерении диаметра отпечатка d после снятия нагрузки.

Диаметр отпечатка d измеряют в двух взаимоперпендикулярных направлениях специальной лупой со шкалой окуляра до 6 мм и ценой деления шкалы 0,05 мм., для определения числа твердости используют средне-арифметическое по полученным значениям d. На современных твердомерах Бринелля диаметр отпечатка d фиксируется на экране прибора.

Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее чем 2,5d, а между центрами двух соседних отпечатков – не менее 4d.

Показателем твердости по Бринеллю является число твердости, обозначаемое символом НВ (НВW), оно рассчитывается по формуле

Где НВ – обозначение твердости (die Harte – твёрдость, нем.яз),

F – Нагрузка, кгс;

S – Площадь поверхности отпечатка, мм².

D- Диаметр шарика мм.

d- Диаметр отпечатка мм.

Для некоторых материалов определив число твердости НВ, можно вычислить предел их прочности при растяжении σ_в, т.к. они связаны эмпирической зависимостью:

σ_в = к * НВ,

где к – величина, зависящая от материала:

Для мягкой стали к = 0,34

Для литой стали к = 0,3…0,4

Для меди и ее сплавов к = 0,55 и т.д.

По технике выполнения метод Бринелля прост, обычно применяется для измерения твердости мягких сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов:

- в заготовительных цехах (заготовки);

- в литейных цехах (отливки);

- в прокатных цехах (прокат, поковки, штамповки);

- в термических цехах (отожженные, нормализованные и улучшенные детали).

Переносными напольными твердомерами Бринелля можно измерить твердость крупных деталей, которым не требуется тщательная подготовка поверхности.

Метод Бринелля хорошо отражает среднюю твердость сплавов, в которых структурные составляющие значительно различаются между собой по механическим свойствам (например, чугуны с графитом, цветные антифрикционные сплавы и др.). Так. при вдавливании шарика диаметром D = 10, 5, 2,5 мм в деформируемом объеме будут представлены и по количеству, и по расположению все структурные составляющие контролируемого сплава.

Но метод Бринелля не универсален, так как не позволяет испытывать материалы с твердостью более 650НВ, иначе возможна деформация давящего шарика и искажение результатов испытаний.

 

Метод Роквелла

(ГОСТ 9013-59, СТ СЭВ 469 -77, ИСО 6508-86)

Основан на вдавливании в испытываемой материал стандартного алмазного конуса с углом при вершине 120 ⁰ или стального закаленного шарика диаметром D = 1,558 или 3,175 мм.

Вдавливание наконечника в контролируемый материал на глубину h осуществляется под действием двух последовательно прилагаемых статических усилий – предварительного F₀ и основного F₁. Предварительное погружение - F₀ всегда равное 10 кгс (100Н), обеспечивает устойчивое положение образца или детали во время основного нагружения и исключает влияние упругой деформации и шероховатости контролируемой поверхности на результаты измерения. Основное усилие F₁ выбирается в зависимости от ожидаемой твердости материала и может быть 50 (490), 90 (882), 140 (1372) кгс (Н). Сумма предварительного и основного усилия составляет общее усилие

F = F₀ + F₁

Единица твердости по Роквеллу – безразмерная величина, соответствует глубине вдавливания наконечника на 0,002 мм (т.е. чем меньше глубина вдавливания h, тем выше твердость материала). Число твердости считывается со шкалы индикатора или показателя цифрового отсчетного устройства твердомера с округлением до 0,5 единиц твердости.

На современных приборах Роквелла для контроля твердости предусмотрено девять шкал:

A, C, D – при работе алмазным конусом,

B, F, G – при работе стальным шариком D = 1,588 мм.

E, H, K – при работе стальным шариком D = 3,175 мм. Наиболее часто используют три шкалы:

черная – для алмазного конуса – А (F = 60 кгс) и. С (F = 150 кгс)

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HR с указанием шкалы, например:

70 HRA, 90HRB, 56HRC.

Минимальная толщина испытываемого материала в зависимости от его твердости составляет по шкалам:

A 0, 2…0, 8 мм

C 0, 6…1, 5 мм

B 0, 5…2мм.

Расстояние между центрами соседних отпечатков должно быть не менее 2мм, а от центра отпечатка до края образца – не менее 1мм. Условия измерения твердости материалов для метода Роквелла по шкалам A,B,C приведены в табл. 4. Для получения достоверных результатов необходимо соблюдать пределы измерения твердости, указанные в табл. 2 по шкалам. При испытании материалов твердостью менее 20 HRC алмазный конус слишком глубоко проникает в материал, поэтому такие материалы испытывают по шкале В.

Материалы с твердостью более 70 HRC испытывают по шкале. А, т.к. при испытании их по шкале С (F = 150 кгс) создается большое давление на вершину конуса и он может выкрошиться.

При твердости материала ниже 30 HRB показания будут неточными из-за слишком большой площади соприкосновения шарика с образцом, а при твердости выше 100 HRB, во–первых шарик может деформироваться, во-вторых, очень мала глубина проникновения шарика в материал (0,06 мм). Метод Роквелла характеризуется высокой производительностью и точностью измерений, прост, позволяет испытывать материалы, как низкой, так и высокой твердости; благодаря малому размеру отпечатка сохраняет качество поверхности после испытаний.

Но метод ограниченно применяется для сплавов с неоднородной структурой (чугуны с графитом, цветные подшипниковые сплавы), т.к. при малом размере отпечатка неоднородность структуры заметно сказывается на показаниях прибора Роквелла.

Таблица 2.

Число твердость	Шкала	Тип наконечника	Усилие F, кгс (Н)	Пределы измер. твердости	Назначение
HRC	С черная	Алмазный конус	150(1472)	20…70 HRC	Закаленные стали и др. твердые материалы, твердые поверхностные слои толщиной более 0,5 мм
HRA	А черная	Алмазный конус	60(590)	20..88 HRA	Тверды, сверхтвердые сплавы, твердые тонкие лист.материалы,поверх слои после ХТО толщиной менее 0,5 мм
HRB	В красная	Стальной закаленный шарик	100(982)	30…100 HRB	Мягкие стали, цветные металл, сплавы

 

Метод Виккерса

ГОСТ 2999-75, СТ. СЭВ 470-77

Основан на вдавливании правильной четырехгранной алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине 136⁰ в испытываемую поверхность (шлифованную или полированную) под действием нагрузки Р. от 1 до 100кГс, приложенной в течение определенного времени в последующем измерении диагоналей отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки.

Схема вдавливания наконечника при измерении твердости по Виккерсу. Измерение диагоналей отпечатка производится с помощью измерительного микроскопа, встроенного в твердомере. Расстояние между центром отпечатка и краем образца или детали, а также краем смежного с ним отпечатка должно быть не менее 2,5 диагоналей отпечатка.

Твердость по методу Виккерса обозначается символом HV и рассчитывается

без указания размерности, например: 460 HV.

Практическая величина твердости HV берется из специальных таблиц в зависимости от среднего арифметического значения измеренных диагоналей отпечатка и нагрузки.

Преимущество метода Виккерса перед методами Бринелля и Роквелла состоит в том, что возможность использования малых нагрузок (до1 кгс или 9,8 Н) позволяет проверять материалы и поверхностные слои очень высокой твердости при малой толщине (0,2…0,5мм).

Значения твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу взаимосвязаны. Зная твердость по одному из методов, можно, используя специальные переводные таблицы, с определенной степенью приближенности определить твердость по двум другим методам. Точность показаний любого твердомера в процессе работы можно проверить по специальным контрольным плиткам (образцам).

Таблица 3- Условия испытаний и результаты измерения твердости

№ п/п	Материал	Метод Испытан прибор	Условия испытания	Замеры	Ед. измер.	Перевод В НВ
Р., кгс	Вид након.				ср.
	Сталь	Бринелль		D=10					НВ

 

Задание студенту:

1. Изучить сущность методов измерения твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.

2. Измерить твердость отожженных сталей имеющихся марок на приборе Бринелля стальным шариком диаметром D = 10 мм при усилии F = 3000 кгс; усилия испытания и результаты измерений занести в табл.3.

3. По полученным результатам построить график зависимости твердости отожженной стали от содержания в ней углерода, объяснить его (рис.4).

4. Составить письменный отчет, который должен содержать:

- определение твердости;

- краткое описание изучаемых процессов определения твердости;

- схемы измерения твердости;

- достоинства, недостатки и области применения методов Бринелля, Роквелла и Виккерсу;

- результаты измерений, оформленные в таблицу;

- график зависимости твердости отожженной стали от содержания в ней углерода;

- выводы по работе, в которых указать факторы, влияющие на твердость материалов (в т.ч. для стали).

6. Ответить на контрольные вопросы для подготовки к защите данной работы

Контрольные вопросы

1. Что называется твердостью?

2. В чем сущность методов измерения твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу?

3. Как обозначаются значения твердости в соответствии с конкретным методом ее измерения?

4. Укажите преимущества и недостатки разных способов определения твердости.

5. Какой из рассмотренных методов измерения твердости является наиболее производительным?

6. Какое должно быть расстояние между отдельными отпечатками на поверхности деталей или образца и почему?

7. Как влияет подготовка поверхности материала на результаты измерения твердости?

8. От каких факторов зависит выбор метода измерения твердости материала?

9. Какой метод позволяет измерить твердость материалов, как низкий, так и высокой твердости?

10. Назовите принципиальное сходство и различие между методами определения твердости по Бринеллю и Роквеллу.