4.1.2. Измерение твердости методом Роквелла

Принципиальное отличие измерения твёрдости по способу Роквелла от измерения по способу Бринелля состоит в том, что её измеряют не по диаметру, а по глубине отпечатка, получаемого в результате вдавливания наконечника с инденторами – алмазного конуса с углом при вершине α = 120° или стального шарика диаметром 1,5875 мм в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемой предварительной F₀ (P₀) и основной F₁ (P₁) нагрузок на глубину h₀ или h₁ соответственно (рис. 5).

Рис. 5. Схема определения твёрдости по Роквеллу

Величина твердости определяется разностью между глубиной впадин, получаемых на испытуемом изделии от вдавливания алмазного конуса или стального шарика под основной и предварительной нагрузкой. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм.

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами и буквами HR с указанием шкалы твёрдости (А, В, С). Шкала А используется при испытании алмазным конусом под нагрузкой 600 Н; шкала С – также при испытании алмазным конусом, но под нагрузкой 1500 Н; шкала B – при испытаниях стальным шариком под нагрузкой 1000 Н. Значения твердости сразу считываются по шкале прибора.

Схема пресса Роквелла представлена на рис. 6.

Рис. 6. Схема пресса Роквелла:

1 – электродвигатель; 2 – червячный редуктор;

3 – грузы; 4 – корпус; 5 – шток; 6 – грузовой рычаг;

7 – индикатор; 8 – рычаг; 9 – пружина; 10 – индентор;

11 – подъёмный столик; 12, 13 – пара винт-маховик;

14 – механизм подъёмного столика;

15 – кнопка «Пуск»; 16 – кулачковый блок;

17 – трос управления индикатором

4.1.3. Измерение твердости методом Виккерса

Существует еще один метод определения твердости металла – по Виккерсу (HV). Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Твердость определяют вдавливанием в испытуемую поверхность четырехгранной алмазной пирамиды. Твердость по Виккерсу определяется с помощью специальных таблиц в зависимости от величины отпечатка.

4.2. Характеристики отдельного размера и соединения двух деталей

Ни одну деталь невозможно изготовить абсолютно точно по чертежу. Объясняется это многими причинами: колебаниями и вибрациями, возникающими в процессе резания, температурными изменениями, погрешностью измерительных средств и т.д.

Для того, чтобы изделие отвечало своему целевому назначению, необходимо, чтобы его размеры выдерживались между двумя предельно допустимыми размерами (наибольшим и наименьшим) разность которых образует допуск.

Для удобства принято указывать номинальный размер детали, а каждый из двух предельных размеров определяют по его отклонениям от номинального размера.

На рабочем чертеже детали проставляют размеры, называемые номинальными, предельные отклонения этих размеров и условные обозначения полей допусков – .

Номинальный размер – размер, полученный исходя из функционального назначения детали (прочность и т.п.) и служащий началом отсчёта отклонений. Так как абсолютно точно получить при обработке размеры детали практически невозможно, поэтому их ограничивают двумя предельными размерами, один из которых называется наибольшим предельным размером, а другой – наименьшим предельным размером. Чем меньше разница между наибольшим и наименьшим предельными размерами, тем более высокой считается точность обработки, т.е. более высокий квалитет точности. Соответственно для каждого квалитета установлены определенные допуски.

Действительный размер – размер, полученный измерением с допустимой погрешностью. Деталь является годной, если её действительный размер больше наименьшего предельного размера, меньше наибольшего предельного или равен одному из них.

На чертежах вместо предельных размеров рядом с номинальным размером указывают два предельных отклонения – верхнее и нижнее. Отклонение равное нулю не указывается. Например, размер шпоночного паза 12Js9(±0,021). В этом случае наибольший предельный размер паза 12,021, а наименьший предельный размер – 11,979 мм. Годный действительный размер должен находиться между предельными размерами или быть равным одному из них.

Отклонением называется алгебраическая разность между размером предельным, действительным и т.д. и номинальным размером. Соответственно отклонение может быть верхним предельным, нижним предельным и действительным. Верхнее и нижнее отклонения могут быть положительными, т.е. со знаком плюс, отрицательными, т.е. со знаком минус, и равными нулю. Одно из двух отклонений (верхнее или нижнее), ближайшее к нулю (нулевой линии), называется основным. На чертежах оно обозначается буквами латинского алфавита и совместно с квалитетом (цифра) определяет положение поля допуска (Н7, Js9, h12 и т.п.).

Допуск размера – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним предельными отклонениями. Допуск характеризует заданную точность размера детали. Чем меньше допуск, тем труднее обрабатывать деталь, т.к. повышаются требования к точности станка, приспособлений, квалификации рабочего и т.п.

Большинство деталей работает совместно, например, вал вращается в отверстиях (подшипниках). Для этой цели вал должен быть выполнен несколько меньшего диаметра, чем отверстие. Благодаря этому вращение окажется возможным, соединение, как говорят, будет подвижным, т.е. между валом и отверстием будет зазор (рис. 7, а). Для неподвижных посадок, наоборот, вал должен иметь диаметр несколько больший, чем диаметр отверстия, т.е. соединение будет выполнено с натягом (рис. 7, б).

а)

б)

Рис. 7. Посадка вала в отверстии:

а – с зазором; б – с натягом;

1 – отверстие; 2 – вал

В связи с этим разработана специальная система допусков для различной точности. Она сведена в таблицы, из которых, соизмеряясь с требованиями конструкции, назначают точность выполнения размеров.