ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра «Автоматизированное оборудование

машиностроительного производства»

Методические указания

к выполнению лабораторных работ № 1 - 4

по дисциплине "Технологические процессы

машиностроительного производства" для студентов

специальности 230104 «Системы автоматизированного

проектирования» очной формы обучения

Воронеж 2008

Составители: канд. техн. наук В.И. Корнеев,

д-р техн. наук Ю.С. Ткаченко

УДК 621.01

Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1 - 4 по дисциплине "Технологические процессы машиностроительного производства" для студентов специальности 230104 «Системы автоматизированного проектирования» очной формы обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.И. Корнеев, Ю.С. Ткаченко. Воронеж, 2008. 45 с.

Методические указания предназначены для студентов, выполняющих лабораторные работы при изучении технологических процессов машиностроительного производства. Рассмотрены следующие темы: определение твердости металлов; микроанализ стали и чугуна; изготовление отливок в песчано-глинистых и металлических формах; устройство кривошипного пресса и операции листовой штамповки.

Методические указания предназначены для студентов третьего курса специальности 230104 «Системы автоматизированного проектирования» очной формы обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD и содержатся в файле ЛР ТПМП 1_4 2008.doc.

Табл. 4. Ил.18. Библиограф.: 2 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Л.А. Иванов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой профессор

В.М. Пачевский

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет", 2008

Лабораторная работа № 1 определение твердости металлов

Цель работы: ознакомление с методикой определения твердости металлов по Бринеллю и Роквеллу.

Приборы, материалы и инструмент: приборы для испытания на твердость ТШ-2 и ТК-2, образцы стали и сплавов цветных металлов различной толщины; микроскоп (лупа) Бринелля для измерения диаметра отпечатка.

Задание

1. Изучите теоретическую часть.

2. Изучите принцип работы приборов ТШ-2 и ТК-2 и методику по определению твердости.

3. Проведите измерение твердости образцов по Бринеллю на приборе ТШ-2 и определите число твердости, исходя из диаметра отпечатка.

4. Проведите измерение твердости образцов на приборе ТК-2 по методу Роквелла.

5. Составьте отчет о работе.

Испытание на твердость по Бринеллю

Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавлива­нием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки в течение определен­ного времени.

Схема испытания на твердость по Бринеллю дана на рис. 1.1. В результате вдавливания шарика (индентора) на поверхности образца полу­чается отпечаток (лунка). Диаметр отпечатка получается тем меньше, чем выше сопротивление материала образца деформации, производимой индентором. Число твердости по Бринеллю, обозначаемое НВ, есть отношение нагрузки Р к площади полученного отпечатка (шарового сегмента) F :

Рис. 1.1. Схема испытания на твердость по Бринеллю

Поверхность F шарового сег­мента

F = πDh,

где D — диаметр вдавливаемого шарика в мм; h — глубина отпечатка в мм.

Так как глубину отпечатка h измерить трудно, а гораздо проще измерить диаметр отпечатка d, то целесообразно величину h выразить через диаметры шарика D и отпечатка d. Проведя соответствующие преобразования, получим число твердости по Бринеллю

Твердость по Бринеллю определяют при помощи шарового индентора диаметром 2,5; 5 или 10 мм. Инденторы изготавливают из стали с твердостью не менее 8500 МПа. Методом Бринелля можно испыты­вать материалы с твердостью от НВ 8 до НВ 450. При большей твер­дости образца шарик-индентор остаточно деформируется на величину, превышающую стандартизованный допуск.

При определении твердости по Бринеллю шариком с D = 10 мм под нагрузкой Р = 30 кН и времени выдержки τ = 10 с число твердости записывают так: НВ400, НВ250, или НВ = 30000 МПа.

При исполь­зовании других условий испытания индекс НВ дополняют циф­рами, указывающими диаметр использованного шарика, мм, на­грузку, кгс, и продолжительность выдержки, с. Например, НВ 5/750/30—350 — это число твердости по Бринеллю (350), получен­ное при вдавливании шарика с D = 5 мм нагрузкой Р = 750 кгс (7500 Н) в течение τ = 30 с.

Для получения отпечатка оптимальных размеров необходимо правильно подобрать соотношение между нагрузкой и диаметром шарика. Нагрузку Р выбирают в зависимости от качества испытываемого материала по формуле Р = KD², где К — постоянная для данного материала величина, равная 30; 10, или 2,5.

Рекомендуемые диаметры шариков, нагрузки и время выдержки под нагрузкой для определения НВ различных метал­лических материалов приведены в табл. 1.1.

Для определения твердости по Бринеллю применяют специальные приборы. На рис. 1.2 показана схема одного из них, типа ТШ-2, ши­роко используемого в лабораторной практике.

Прибор смонтирован в массивной станине. На подъемном винте 2, перемещающемся при вращении маховика 1, устанавливаются сменные опорные столики 5 для испытуемых образцов. В верхней части станины расположен шпиндель 6, в который вставляют сменные на­конечники с шариками разных диаметров. Шпиндель опирается на пружину 9, предназначенную для приложения к образцу пред­варительной нагрузки 1000 Н для устранения смещений образца во время испытания.

Основная на­грузка прилагается через систему рычагов. На длинном плече ос­новного рычага 15 размещена подвеска,

Таблица 1.1

Нагрузки (Р) и диаметры (D) шариков, рекомендуемых

для испытания твердости по Бринеллю

Материал	Интервал твердости в числах Бринелля	Минималь­ная толщина испытуемого образца в мм	Соотношение между нагруз­кой Р и диаметром шарика D	Диаметр шарика D в мм	Нагруз­ка Р в кГ	Выдержка под на­грузкой в секундах
Черные металлы	140…450	От 6 до 3	P = 30D2	10,0	3000	10
		» 4 » 2		5,0	750
		Менее 2		2,5	187,5
То же	<140	Более 6	P = 10D2	10,0	1000	10
		От 6 до 3		5,0	250
		Менее 3		2,5	62,5
Цветные металлы	>130	От 6 до 3	P = 30D2	10,0	3000	30
		» 4 » 2		5,0	750
		Менее 2		2,5	187,5
То же	35…130	От 9 до 3	P = 10D2	10,0	1000	30
		» 6 » 3		5,0	250
		Менее 3		2,5	62,5
То же	8…35	Более 6	P = 2,5D2	10,0	250	60
		От 6 до 3		5,0	62,5
		Менее 3		2,5	15,6

на которую накладыва­ются сменные грузы 18. Комбина­цией грузов можно задать нагруз­ки от 625 до 30000 Н. Вращение вала электродвигателя 21 посред­ством червячной передачи сооб­щается шатуну 19, он опускается, и нагрузка передается на шпин­дель прибора. Продолжительность испытания задается передвижным упором. Когда шатун доходит до него, срабатывает концевой переключатель и электродвигатель начинает вращаться в обратную сторону, шатун поднимается, и нагрузка снимается со шпинделя. По возвращении шатуна в исход­ное положение электродвигатель автоматически выключается.

Поверх­ность образца, в которую будет вдавливаться шарик, должна быть ров­ной, гладкой, не иметь окалины или других дефектов. Подготовка поверхности образца необходима для получения правильного отпечатка и чтобы края его были отчетливо видны для измерения.

Рис. 1.2. Схема прибора ТШ-2 для оп­ределения твердости по Бринеллю: 1 - маховик; 2 - подъемный винт; 3 - шкала для задания времени выдерж­ки под нагрузкой; 4 - кнопка-выклю­чатель; 5 - опорный столик; 6 - шпин­дель для индикатора; 7 - упорный че­хол; 8 - втулка; 9 - пружина; 10 - шпиндель; 11 - сигнальная лампа; 12, 15 - рычаги; 13 - серьга; 14 - микропереключатель; 16 - вилка; 17 - шатун; 18 - грузы; 19 - кривошип; 20 - редук­тор; 21 - электродвигатель

Порядок проведения испытания:

1. Установить на подвеску грузы 18 (рис. 1.2), соответствующие выбранной для испытания нагрузке.

2. Наконечник с шариком вставить в шпиндель 6 и укрепить.

3. На столик 5 поместить испытываемый образец. Образец должен плотно лежать на столике. Центр отпечатка должен находиться от края образца на расстоянии не менее диаметра ша­рика.

4. Вращением маховика 1 по часовой стрелке поднять столик и прижать образец к шарику; продолжать вращать маховик 1 до тех пор, пока сопротивление вращению маховика резко увеличится.

5. Нажатием кнопки включить электродвигатель.

6. После срабатывания электропривода (погаснет сигнальная лампа 11) вращением против часовой стрелки маховика 1 опустить столик 5 и снять с него образец с получен­ным отпечатком.

7. Измерить полученный отпечаток.

8. Определить твердость.

Методика измерения отпечатка и определение твердости.

Полученный отпечаток измеряют микроскопом Бринелля в двух взаимно перпендикулярных направлениях, диаметр от­печатка определяется как среднее арифметическое из двух из­мерений. В окуляре микроскопа есть шкала, малое де­ление которой равно 0,1 или 0,05 мм. Микроскоп нижней опорной частью надо плотно установить на испытываемую поверхность образца над отпечатком и вырез (окно) в нижней опорной части обратить к свету. Поворачивая окуляр, надо добиться, чтобы края отпечатка были резко очерчены.

Затем, передвигая микроскоп, надо один край отпечатка совместить с началом шкалы и прочитать деление шкалы, с которым совпадает противоположный край отпечатка. Затем микроскоп или образец надо повернуть на 90° и измерить диаметр отпечатка второй раз.

Чтобы не прибегать к длительным вычислениям твердости по приведенной выше формуле, на практике пользуются специаль­ной таблицей, которая дает перевод диаметра отпечатка в число твердо­сти НВ.

Для получения правильной ха­рактеристики твердости данного материала необходимо провести еще два повторных испытания на твер­дость того же образца. При повтор­ных испытаниях центр отпечатка должен находиться от центра соседнего отпечатка на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

Полученные результаты измерений занести в протокол испытания (таблица 1.2).

Таблица 1.2