Технические характеристики

Диапазон нагрузки: от 0,0196 до 4,9 Н (от 0,002 до 0,5 кгс).

Увеличение микроскопа микротвердомера: 130, 500, 800.

Прибор для испытания на микротвердость ПМТ-3 (МПТ-5) представляет собой сочетание микроскопа с нагрузочными устройствами, установленными с помощью кронштейна на колонке штатива. На тубусе микроскопа помимо механизма нагружения устанавливаются: окулярный микрометр, который предназначен для измерения величины изображения отпечатка алмазной пирамиды, и осветитель. Осветительное устройство прибора позволяет рассматривать предмет как в светлом, так и в темном поле, что достигается поворотом рукоятки. Механизм нагружения состоит из штока, подвешенного на двух плоских пружинах, в который вставляется оправка с алмазной пирамидой. На утолщенную часть штока устанавливается одна из гирь разновеса весом 2, 5, 10, 20, 50, 100 и 200 г, выполненных в виде шайб. Проверяемая деталь устанавливается на предметном столике, верхняя часть которого с помощью микровинтов может перемещаться по двум взаимно перпендикулярным направляющим, а сам столик поворачивается вокруг центральной оси на 180°. Вертикальное перемещение кронштейна с микроскопом по колонке в зависимости от высоты испытуемого объекта осуществляется с помощью гайки. При фокусировке микроскопа для первоначальной настройки используется механизм макроподачи, а более тонкая регулировка достигается с помощью механизма микроподачи.

При изменении микротвердости важно правильно выбрать нагрузку на алмазную пирамиду. Она выбирается с таким расчетом, чтобы получить длину диагонали отпечатка не менее 6 мкм. Для конструкционных сталей применяют нагрузки в пределах 50–100 гс.

Известен расчетный метод определения глубины пластически деформированного поверхностного слоя [20], основанный на решении отдельных задач пластичности. Применительно к несвободному резанию для острого инструмента формула для определения глубины наклепанного слоя имеет следующий вид

, (13.10)

где s – подача, мм/об;

β – угол скалывания;

φ – главный угол в плане.

Угол скалывания рассчитывается по формуле

, (13.11)

где ξ – усадка стружки;

γ – передний угол.

Наклеп поверхностного слоя в значительной степени зависит от многих технологических факторов – элементов режима резания, геометрических параметров инструмента и состояния его режущего лезвия, свойств инструментального и обрабатываемого материалов, вида СОЖ и т. д.

Из элементов режима резания наиболее сильное влияние на наклеп оказывает скорость резания. Влияние скорости резания на наклеп поверхностного слоя сложное. Скорость резания может оказывать различное влияние [18]:

- Скорость резания как фактор, определяющий скорость пластической деформации поверхностного слоя. С повышением скорости деформации, как известно, происходит рост предела прочности и предела текучести конструкционных материалов. Повышение предела текучести снижает пластичность обрабатываемого материала и действует в сторону уменьшения наклепа.

- Скорость резания влияет на продолжительность контакта задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью. При большой скорости резания деталь проходит через зону контакта, не получив того наклепа, который она могла бы получить при малой скорости резания и более продолжительном контакте.

- Скорость резания изменяет удельные контактные нагрузки и коэффициент трения на задней поверхности инструмента. Повышение их будет способствовать увеличению наклепа.

- Скорость резания изменяет ширину пластической зоны (зона стружкообразования) и положение ее начальной границы. При повышении скорости резания до некоторой величины происходит сужение пластической зоны и уменьшение глубины ее распространения ниже линии среза, что действует в сторону уменьшения наклепа.

- Скорость резания как температурный фактор, изменяющий степень развития нароста. Нарост увеличивает действительный радиус округления режущей кромки и тем самым способствует повышению наклепа.

- Скорость резания как температурный фактор влияет на интенсивность процесса разупрочнения. Повышение температуры резания способствует повышению интенсивности процесса разупрочнения и уменьшению наклепа.

- Скорость резания способствует процессу самозакаливания поверхностного слоя и наклепу при фазовых превращениях вследствие нагрева поверхностного слоя.

- Скорость резания изменяет температуру поверхностного слоя и характеристики пластичности материала детали при этих температурах. При обработке материалов резанием повышение температуры контакта до температуры, соответствующей максимальному охрупчиванию, будет способствовать снижению наклепа, а при дальнейшем повышении температуры наклеп увеличивается, так как пластичность в этом случае возрастает.

Анализ причин, изменяющих наклеп, позволяет заключить, что зависимости h_с=f(V) и N=f(V) должны носить экстремальный характер. Наименьшие глубина и степень наклепа наблюдаются в области оптимальных по интенсивности износа инструмента скоростей резания (рис. 13.16).

hc N

hc N

V₀ V

Рис. 13.16. Влияние скорости резания на характеристики наклепа

Лабораторная работа № 14. Исследование влияния скорости резания на наклеп поверхностного слоя при точении

Цель и задачи работы – исследовать влияние скорости резания на наклеп поверхностного слоя детали при токарной обработке. Изучить принцип измерения микротвердости с использованием прибора ПМТ-3; получить практические навыки по измерению микротвердости и обработке экспериментальных данных; определить влияние скорости резания на величину наклепа обработанной поверхности; построить график зависимости N=f(V) и h_с=f(V); произвести анализ полученных данных и сделать выводы.

Применяемое оборудование, инструменты, материал и приборы

Для выполнения работы необходимы:

• токарно-винторезный станок;

• токарные резцы, оснащенные пластинками твердого сплава Т15К6 или ВК8 (α=α₁=10º; γ=0º; φ=φ₁=45º, λ=0º, R =0,5 мм). Рабочие поверхности резцов доводятся алмазными шлифовальными кругами;

• обрабатываемый материал – заготовки в виде колец диаметром 40–50 мм; длиной 25 мм (рис. 13.17);

• образцы (рис. 13.17);

• установка для изготовления косых срезов (рис. 13.13);

• прибор ПМТ-3 (рис. 13.15);

• штангенциркуль.

Рис. 13.17. Заготовка-кольцо Рис. 13.18. Образец

Методические указания по выполнению работы

1. Установить оправку с закрепленной на ней заготовкой-кольцом на станок и проточить (t=0,5 мм; s=0,1 мм/об) на определенной скорости в соответствии с указаниями преподавателя.

2. Поставить 5–6 опытов, аналогично выполненному в п.1 при возрастающих скоростях резания.

3. Вырезать из обработанных колец образцы (рис. 13.18).

4. Изготовить из образцов наклонные микрошлифы (рис. 13.11) с использованием специальной установки (рис. 13.13).

5. Ознакомиться с устройством прибора ПМТ-3 и методикой измерения микротвердости на нем.

6. Замерить с помощью ПМТ-3 микротвердость на подготовленных образцах (наклонных микрошлифах).

Порядок работы на приборе ПМТ-3

Измерение микротвердости на ПМТ-3 производится в следующей последовательности.

Установить на предметном столике прибора исследуемый образец. После установки образца (наклонного микрошлифа) на предметном столике с помощью микроскопа выбирается место для отпечатка. Затем плавным поворотом столика на 180º (до упора) подводят выбранное на поверхности образца место для отпечатка под острие алмазной пирамиды и поворотом рукоятки против часовой стрелки опускают алмазный наконечник на поверхность образца. Сделав выдержку в течение 5–10 с, отводят алмазный наконечник вверх и в этом положении поворачивают стол в исходное положение.

Если прибор правильно сцентрирован, то центр отпечатка окажется совмещенным с центром перекрестия сетки окулярного микрометра.

При измерении диагонали отпечатка с помощью винтов подводят отпечаток к перекрестию так, чтобы обе стороны перекрестия прилегали к двум сторонам отпечатка, и в этом положении производят отсчет по барабану окулярного микрометра. Далее поворотом барабана окулярного микрометра совмещают перекрестие с противоположными сторонами отпечатка и вновь производят отсчет.

Истинная величина диагонали отпечатка равна произведению разности отсчетов на цену деления барабана окулярного микрометра, которая определяется с помощью объект-микрометра.

Определение цены деления окулярного микроскопа, проверка правильности показания прибора и его центрирования выполняются преподавателем или лаборантом.

7. Обработать экспериментальные данные и построить графики зависимости Н=f(h), подсчитать величину N и определить величину h_c.

8. Построить зависимости N=f(V), h_с=f(V).

9. Сделать соответствующие выводы.

Контрольные вопросы

1. Какие факторы, и каким образом определяют величину упрочненного поверхностного слоя детали?

2. Какие существуют методы определения наклепа?

3. Какие приборы используются при определении наклепа и их конструкции?

4. Какие образцы используют при определении наклепа и как их получают?