Проектирование организации средств контроля в процессе производства детали "валок правильный"

На рис. 1 показана схема двухлучевого микроинтерферометра Линника. В ее основу положен принцип действия интерферометра Майкельсона. Свет от источника 1 (лампа накаливания) проходит через конденсор 2 и диафрагму 3, зеркалом 4 делится на два когерентных пучка, которые фокусируются объективами 5 и 5' на эталонное зеркало 6 и контролируемую поверхность 7 соответственно. После отражения от эталона и изделия пучок проходит через те же элементы схемы и фокусируется линзой 8 в плоскости диафрагмы 9, в которой с помощью окуляра 10 наблюдают интерференционную картину взаимодействия эталонного и ра-бочего пучков света.

Рис.1. Схема двухлучевого микроинтерферометра Линийка

При этом наблюдают полосы интерференции, искривленные в соответ-ствии с профилем исследуемой поверхности. Кривизну полос измеряют, на-пример спомощью окулярного микрометра. Она является количественной характеристикой микронеоднородностей поверхности изделия. Измерения можно проводить в белом или монохроматическом свете.

Микроинтерферометр может быть вы-полнен и с одним объективом. При этом светоделительное зеркало и эталон размещаются между микрообъективом и контролируемой поверхностью при работе в белом свете высота неровности

Н = 0,27 ДN,

где ДN -- величина изгиба интерференционной полосы в долях интервала. При работе в монохроматическом свете

H = л ДN/2,

где л -- длина волны света.

Величину ДN оценивают на глаз или измеряют окулярным винтовым микрометром типа МОВ-1-15.

При контроле шероховатости крупногабаритных изделий предварительно снимают слепок (реплику) с его поверхности, который затем помещают в кювету с иммерсионной жидкостью, располагаемой в фокальной плоскости микроинтерферометра, и исследуют обычным методом. Этот особ контроля получил название иммерсионнорепликового.

Наибольшая глубина рисок, измеряемых с помощью двухлучевых мик-роинтерферометров, определяется апертурой и увеличением микрообъектива. Согласно ГОСТ 9847--79 микроитперферометры рекомендованы для изме-рений неровностей от 0,1 до 1 мкм.

Микроинтерферометры обычно снабжают устройством для фотографирования интерференционной картины.

Для расширения верхнего предела измерения интерферометров предло-жены различные устройства, Так, с помощью интерференционного клинового компенсатора А. И Карташова микроинтерферометрами МИИ-4 и МИИ-5 можно измерять неровности высотой от 4 до 30 мкм.

Глубину рисок или ступенек, поверхности которых у верхнего и ниж-него краев имеют достаточную отражательную способность, измеряют при-борами МИИ-4 и МИИ-5 интерферен-ционно-индикаторным методом. Ин-терференционные полосы наводят на резкость последовательно на дно риски и ее край. Глубина риски определяется величиной фокусировочного переме-щения микрообъектива. Этим методом можно измерять риски глубиной 20-- 100 мкм при ширине до 0,25 мкм

Для определения поверхности с па-раметрами шероховатости Rz = 3,2-80 мкм применяют оптический профилометр Ю. В. Коломийцева, пред-ставляющий собой сочетание микроинтерферометра с двойным микроскопом. Его оптическая схема показана на рис. 12.

Рис. 2. Оптическая схема профилометра Ю. В. Коломийцева:

1 -- источник света; 2 -- конденсатор; 3 -- щель; 4 -- объектив коллиматора; 5 -- зеркало; 6 -- светоделительная призма; 7, 8, 11, 12 -- объективы; 9 -- контролируемая поверхность; 10 -- зеркало; 13 -- светоделительная призма; 14 -- зеркало; 15 -- объектив трубы; 16, 17 -цилиндрическая линза и окуляр объектива трубы; ф -- угол падения луча

Свет от источника 1 с помощью конденсора 2 освещает щель 3, располо-женную в фокусе коллиматора 4. Объектив 7 с помощью зеркала 5 и светоделитель ной призмы 6 проектирует щель 3 на контролируемую по-верхность 9. Объектив 8 проектирует ее на зеркало 10. После отражения пучки попадают в объективы 11 и 12, соединяются призмой 13 и зеркалом 14 направляются в объектив 15.

В поле зрения окуляра 17 наблюдаются две линии, представляющие изображение щели, одна из которых искривлена в соответствии с неров-ностью контролируемой поверхности. При этом прибор работает в режиме двойного микроскопа. Включив цилиндрическую линзу 16, его можно использовать как интерферометр. При этом в окуляр видны интерференцион-ные полосы, параллельные изобра-жениям щели. О величине неровностей судят по степени изгиба этих полос.

Поверхности с малыми неровностями (№ 0,002 мкм) контролируют методом многократного отражения лучей, назы-ваемым также методом многолучевой интерферометрии.

Схема многолучевого микроинтер-ферометра показана на рис. 3. Свет от источника 1 (ртутная лампа низкого давления, дающая монохроматическое излучение, выделяемое фильтром 10) через диафрагму 2 проходит конденсор 3 и параллельным пучком падает на полупрозрачное зеркало 4. После отражения пучок проходит пластину 5, накладываемую на объект 6 под ма-лым углом щ. Ее нижняя сторона покрыта слоем вещества с коэффициентом отражения, близким к коэф-фициенту отражения контролируемой поверхности.

Между пластиной 5 и объективом 6 возникает интерференция многократно отраженных лучей. Картину интерференции, локализованную на поверхности пластинки, рассматривают в микроскоп (элементы 7, 8, 9). Прибор позволяет наблюдать как полосы равного наклона (при интерференции в плоскопараллельном слое), так и полосы равной толщины (при интерференции в клине). Распределение яркости полос в многолучевом интерферометре отличается от синусоидального, свойственного двухлучевым схемам. Полосы значительно уже, что определяется коэффициентом отражения сравниваемых поверхностей. При коэффициенте отражения с ? 0,94 распределение яркости полосы почти прямоугольное.

Примером многолучевого интерферометра может служить прибор «Мультими» фирмы Иогансон (Швеция). Его увеличение 50 и 150, апертуры объективов 0,14 и 0,18, поле зрения 3,25 и 1,18 мм соответственно. Пределы измерений 2 ... 0,01 мкм, точность до 0,002 мкм.

С помощью почти всех микроинтер-ферометров можно контролировать из-делия не только в отраженном, но и в проходящем свете.

Профилографические методы контроля шероховатости основаны на ре-гистрации перемещений специальной иглы, находящейся в контакте с ис-следуемой поверхностью.

Для измерения перемещения иглы используют принцип оптического ры-чага. Смещения измерительного щупа вызывают наклоны зеркала, которые фиксируются визуально или фотоэлектрически с помощью оптической си-стемы с большим увеличением. При этом масштаб записи может быть бо-лее100 000.

Эти приборы используют для контроля поверхности с параметрами шероховатости Rz = 0,4 - 20 мкм.

Погрешность составляет около 10 %. Радиус иглы 2 и 10 мкм. Измеритель-ное усилие около 0,1--9,8 МН. Длина записываемой трассы до 5 мм, скорость записи около 0,5 мм/с. Габаритные размеры, например, профилографа за-вода «Калибр» 1450X720X1600 мм, масса 400 кг.

Отечественная промышленность так-же выпускает профилометры ИЗП-7 и ИС-18.

Метрологическое обеспечение кон-троля шероховатости. Образцовые меры шероховатости 1-го разряда могут быть одноштриховыми и с регуляр-ным профилем. Их выпускают в виде металлических пластинок 40Х40Х X 10 мм, комплектуемых в наборы по 4--8 шт. Риски наносят алмазным резцом. Для оценки шероховатости методом сравнения применяют рабочие образцы в виде пластинок или секторов (для цилиндрических деталей) размером 30X20 мм, изготовляемые из стали или чугуна в соответствии с ГОСТ 9378--60. Допускается применение других материалов. Рабочую поверхность обраба-тывают точением, фрезерованием, шлифованием и т. д.

Приборы для контроля и измерения поверхностных дефектов и микроге-метрии. Благодаря малой глубине резкости микрообъективов обычные микроскопы можно использовать в качестве эффективного и достаточно простого средства измерения глубины поверхностных дефектов. Измерение осуществляется последовательной фокусировкой микроскопа на дно риски или царапины и ее верхний край и регистрацией перемещения тубуса микроскопа. Погрешность измерения (в мкм) можно определить по формуле:

Дz=0.2/A²

где Дz -- апертура микрообъектива.

Для А -- 0,65 Дz = 1 мкм.

14. Характеристика методов измерения твердости

Твердость по Роквеллу: В основном метод измерения твердости по Роквеллу производится по шкалам А, В, С. Сущность метода заключается во вдавливании наконечника 0,2 мм (шкалы А и С) или со стальным шари-ком диаметром 1,5875 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной Р_о, Н, кгс, и ос-новной Р₁, Н, кгс, нагрузок и измерений остаточного увеличения h глуби-ны внедрения наконечника после снятия основной нагрузки и сохранения предварительной нагрузки в единицах измерения 0,002 мм (рис.).

Рис. Измерение твёрдости по Роквеллу.

Под нагрузкой Р_о индикатор прибора вдавливается в образец на глубину К Затем на испытуемый образец подается полная нагрузка Р = Р₀+ Р₁ и глубина погружения наконечника возрастает. После снятия основной нагрузки Р прибор показывает число твердости по Роквеллу HR. Чем меньше глубина вдавливания А, тем выше твердость испытуемого материала.

При измерении твердости по шкалам А, С алмазный наконечник вдавливается в испытуемый образец под действием двух последовательных прилагаемых нагрузок: А - под действием основной нагрузки (50 кгс) и предварительной (10 кгс), С - под действием основной нагрузки (140 кгс) и предварительной (10 кгс).

где h₀ - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под дейся вием предварительной нагрузки, мм;

h - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под дейст-вием нагрузки, измеренная после снятия основной нагрузки, с оставлени-ем предварительной нагрузки, мм.

Числа HRA можно перевести в числа HRC по следующей формуле: 1

При измерении твердости по шкале В производится вдавливание, в испытуемый образец стального шарика под действием двух последова-тельных прилагаемых нагрузок: основной (90 кгс) и предварительной (10 кгс):

Единица твердости по Роквеллу - безразмерная величина, соответ-ствующая осевому перемещению индикатора на 0,002 мм. Пределы из-мерения твердости по шкалам А, В и С устанавливаются следующие: шка-ла А - 70...93 ед., шкала С - 20...67 ед., шкала В - 25... 100 ед. Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими ее значение и буква-ми HR с указанием шкалы твердости, например, 61 HRC (твердость 61 по шкале С). По шкале С определяют твердость материалов с высокой твер-достью (более 450 НВ), когда стальной шарик может деформироваться.

Измерения алмазным конусом с нагрузкой 150 кг (HRC) проводят:

- для закаленной или низкоотпущенной стали с твердостью более 450 НВ, т. е. в условиях, когда вдавливание стального шарика (по Бринеллю или Роквеллу по шкале В) в твердый материал может вызвать дефор-мацию шарика и искажение результатов;

- материалов средней твердости (более 230 НВ), как более быстрым способом определения, оставляющим, кроме того, меньший след на изме-ряемой поверхности, чем при испытании по Бринеллю;

- тонких поверхностных слоев, но толщиной более 0,5 мм (на-пример, цементированного слоя).

Измерения алмазным конусом с нагрузкой 60 кг (HRA) применяют для очень твердых материалов (более 70 HRC), например твердых сплавов, а также для измерения твердых поверхностных слоев (0,3...0,5 мм) или тонких образцов (пластинок).

Измерения стальным шариком с нагрузкой 100 кг определяют твер-дость для мягкой (отожженной) стали или отожженных цветных сплавов в деталях или образцах толщиной 0,8...2 мм, т. е. когда измерение по Бри-неллю, выполняемое шариком большого диаметра, может вызвать смятие образца. Условия для испытания по Роквеллу представлены в табл. 7.

При измерении расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 1 мм, или до центра другого отпечатка не менее 2 мм. Толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины от-печатка. Твердость следует измерять не менее чем в трех точках (особенно алмазным конусом), т. е. не менее чем 3 раза на одном образце. Для расче-та лучше принимать средне значение результатов второго и третьего из-мерений и не учитывать результат первого измерения. Время измерения твердости по Роквеллу составляет 10...60 с, причем результат измерения виден на шкале прибора (он указан стрелкой). При измерении твердости по Роквеллу на поверхности детали остается меньший отпечаток, чем при из-мерении по Бринеллю.

Твердость очень тонких слоев металла (толщиной менее 0,3 мм) с указанными нагрузками 60... 150 кг измерять нельзя, так как алмазный конус проникает на глубину, превышающую толщину этих слоев, и ука-зывает, следовательно, твердость нижележащих областей. Вместе с тем, с увеличением твердости измеряемого материала глубина отпечатка уменьшается, вследствие чего понижается точность измерения (особенно для металлов с твердостью более 60 HRC). Для этих же целей иногда при-меняют приборы типа суперроквелл, у которых твердость измеряют с меньшей нагрузкой и с меньшей глубиной вдавливания. Предваритель-ная нагрузка составляет 3 кг, а каждое деление (единица шкалы) индикато-ра соответствует глубине вдавливания, равной 1 мкм. Поэтому чувстви-тельность этих приборов заметно выше.

Таблица 7. Условия для испытания по Роквеллу

Твёрдость по Роквкллу не имеет точного метода перевода в другие величины твёрдости или прочности при растяжении. Твёрдость по Роквеллу обычно используется для определения твёрдости непосредственно на поверхности детали.

Заключение

В курсовом проекте разрабатываются средства технического контроля детали «Валок правильный», проведено техническое нормирование операции контроля, а так же спроектированы средства технического контроля детали (калибр - скобы и калибр - пробка, а также калибр - призма). В курсовой работе были рассмотрены методы неразрушающего контроля, методы и приборы для контроля шероховатости поверхности, а так же приведена характеристика методов измерения твердости и составление карт технического контроля.

Список литературы

1. Чупырин В.Н. Технологический контроль в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1987. - 512стр

2. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля в машиностроении. Том 1 - М.: Машиностроение, 1986 - 462 с

3. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля в машиностроении.Том2 - М.: Машиностроение, 1986 - 488 с

4. Контроль качества продукции в машиностроении: учебно-методическое пособие / Е.В.Пегашкина, М.А. Гамаюнова, Т.А. Ионкина - Нижний Тагил: НТИ(ф) УГТУ УПИ, 2007.-204 с.

5. Неразрушающий контроль качества в машиностроении: учеб. пособие. / Е.М. Файншмидт, Е.В.Пегашкина; науч. ред. М.А. Никитин. - Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. - 101 с.

6. ГОСТ 18360-93 Калибры - скобы листовые для диаметров от 3 до 260 мм.

7. ГОСТ 18355-73 Калибры - скобы для длин свыше 10 до 500 мм.

8. ГОСТ 1502-86 Формы и правила оформления документов на технический контроль.

9. ГОСТ 14810-69 Калибры - пробки гладкие двухсторонние со вставками диаметром свыше 3 до 50мм.

10. ГОСТ 24114-80 Калибры-призмы шпоночные для валов диаметром свыше 22 до 200 мм.