Патент на изобретение №2284025

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МИКРОТВЕРДОСТИ КЛИНОВИДНОЙ ДЕТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлообработке. Сущность: индентор, твердость которого значительно больше твердости детали, внедряют ударом в поверхностный слой клиновидной детали, а затем измеряют размер отпечатка. Внедрение индентора осуществляют со стороны кромки клина, в перпендикулярном к ней направлении и вдоль одной из поверхностей лезвия. Динамическую микротвердость определяют делением энергии пластической деформации на объем вытесненного материала. Технический результат: повышение точности оценки динамической микротвердости клиновидной детали. 4 ил.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при оценке качества заточенного лезвийного инструмента.

Известен способ определения твердости металлической детали (см. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. В двух частях. Часть вторая. Механические испытания. Конструкционная прочность. – М.: Машиностроение, 1974. – С.69), в котором поверхность испытуемой детали царапают практически не деформирующимся (алмазным) индентором. При этом твердость образца определяют по отношению вертикальной нагрузки к квадрату полуширины царапины.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе, вследствие нерезких краев царапины приходится измерять ширину большого числа царапин на каждом образце. Кроме того, способ неприменим в области, прилегающей к кромке клиновидной детали, так как свойства поверхностного слоя клиновидной детали сильно зависят от расстояния до кромки, а ширина царапины соизмерима с шириной области, где свойства поверхностного слоя образца зависят от расстояния до кромки.

Известен способ определения микротвердости поверхности детали (см. там же, с.83), в котором твердость определяют как отношение действующей нагрузки к площади поверхности отпечатка при вдавливании алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом между противоположными гранями 136°.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что известный способ не применим в области, прилегающей к кромке клиновидной детали, так как свойства поверхностного слоя клиновидной заготовки сильно зависят от расстояния до кромки, а размер отпечатка соизмерим с шириной области, где свойства поверхностного слоя образца зависят от расстояния до кромки. Кроме того, деформация нежесткого клина под действием силы нагружения искажает результаты.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ определения динамической микротвердости поверхности детали (см. там же, с.71), принятый за прототип, в котором боек с укрепленным в нижней части шариком свободно падает на горизонтальную поверхность образца, зажатого в наковальню, а твердость определяют как отношение удельной работы вдавливания шарика и объема отпечатка.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ не применим в области, прилегающей к кромке клиновидной детали, так как свойства поверхностного слоя клиновидной детали сильно зависят от расстояния до кромки, а размер отпечатка соизмерим с шириной области, где свойства поверхностного слоя детали зависят от расстояния до кромки. Кроме того, деформация нежесткого клина детали под действием удара искажает результаты.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Клиновидные детали, как правило, являются наиболее ответственными и сложными в изготовлении. При их механической обработке форма детали обуславливает неодинаковые свойства поверхностных слоев вблизи и вдали от кромки клина. Наиболее яркими представителями клиновидных деталей являются лезвийные режущие инструменты. Повышение стойкости лезвийного инструмента и производительности обработки им является актуальной задачей. Требования к качеству заточки режущих инструментов возросли в условиях автоматизированного производства. Однако оценить микротвердость лезвия (микротвердость поверхностного слоя вблизи кромки), определяющую износостойкость инструмента, не представляется возможным ввиду отсутствия надежных способов измерения микротвердости клиновидных деталей.

Технический результат – повышение точности оценки динамической микротвердости клиновидной детали.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе индентор, твердость которого значительно больше твердости детали, внедряют ударом в поверхностный слой клиновидной детали, а затем измеряют размер отпечатка. Особенность заключается в том, что внедрение индентора осуществляют со стороны кромки клина, в перпендикулярном к ней направлении и вдоль одной из поверхностей лезвия, динамическую микротвердость определяют делением энергии пластической деформации на объем вытесненного материала.

На фиг.1 и 2 изображены схемы ударного нагружения клиновидной детали соответственно цилиндрическим и призматическим индентором, на фиг.3 и 4 изображены (увеличено) схемы определения площади отпечатка на детали после ударного нагружения соответственно цилиндрическим и призматическим индентором.

Устройство для реализации способа по фиг.1 содержит деталь 1, клиновая часть которой введена в соприкосновение с цилиндрическим индентором 2.

Устройство для реализации способа по фиг.2 содержит деталь 1, клиновая часть которой введена в соприкосновение с призматическим индентором 2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Устройство, реализующее заявляемый способ, содержит индентор 2, контактная поверхность которого выполнена в виде цилиндра (см. фиг.1) или призмы (см. фиг.2) из материала, твердость которого существенно больше твердости материала измеряемой детали (например, алмаз, твердый сплав). Индентор вводят в контакт с кромкой клина 1 таким образом, чтобы ось цилиндра (призмы) была перпендикулярна к ней. Кроме того, ось цилиндра (призмы) должна быть перпендикулярна одной из поверхностей клина, вдоль которой направляют вектор скорости индентора, обладающего нормированной энергией (нормированы масса индентора и его скорость). Повторные удары после отскока недопустимы. Затем с помощью микроскопа измеряют длину h отпечатка (см. фиг.3). Зная угол заострения клина и радиус R индентора, вычисляют объем V, мм³, отпечатка:

где – угол клина детали, рад; R – радиус ударной кромки копра, мм; h – глубина лунки, мм; b – глубина внедрения индентора в деталь, мм; – центральный угол контакта индентор – деталь, рад.

В случае ударного нагружения призматическим индентором для расчета объема отпечатка V используют угол призмы :

Вычисляют кинетическую энергию удара индентора Е:

где m – масса индентора (бойка), кг; – скорость индентора при ударе, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с²; h – высота свободного падения индентора, м.

По высоте отскока индентора судят о доле кинетической энергии Е_n, затраченной на пластическую деформацию клиновидной детали:

E_n=к·E=к·m·g·h,

где к – коэффициент пластичности удара (безразмерный):

где h₁ – высота отскока индентора после удара, м.

Коэффициент пластичности удара к показывает, какая часть кинетической энергии копра затрачивается на пластическую деформацию, а какая – лишь на упругую (упругопластический удар).

Затем вычисляют динамическую микротвердость клина:

Энергия удара Е измеряется в Джоулях, объем V – в мм³, микротвердость Н_dn – в ГПа.

Динамическая микротвердость клиновидной детали позволяет оценить ее свойства вблизи кромки клина на расстоянии менее b от кромки.

Глубина отпечатка b ограничена радиусом R цилиндра (см. фиг.3) и высотой С основания призмы (см. фиг.2). Для исследования поверхностного слоя на большую глубину используют цилиндрический индентор большего диаметра или высоты основания призмы.

Полученная динамическая микротвердости Н_dn на расстоянии менее b от кромки, в отличие от прототипа, отражает свойства поверхностного слоя клиновой части детали и может быть использована для оценки эксплуатационных качеств клиновидной детали или свойств ее заготовки.

Формула изобретения

Способ определения динамической микротвердости клиновидной детали, при котором индентор, твердость которого значительно больше твердости детали, внедряют ударом в поверхностный слой клиновидной детали, а затем измеряют размер отпечатка, отличающийся тем, что внедрение индентора осуществляют со стороны кромки клина в перпендикулярном к ней направлении и вдоль одной из поверхностей лезвия, динамическую микротвердость определяют делением энергии пластической деформации на объем вытесненного материала.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.04.2007

Извещение опубликовано: 10.09.2008 БИ: 25/2008