УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МИКРОТВЕРДОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЛЕЗВИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к металлообработке и может быть использована для оценки качества заточенного лезвийного инструмента.
Известно устройство для 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), содержащее практически не деформирующийся (алмазный) индентор, механизм вертикального перемещения индентора и механизм перемещения детали. На поверхность испытуемой детали опускают индентор, затем перемещают деталь. Микротвердость детали определяют по отношению вертикальной нагрузки к квадрату полуширины царапины.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве, для получения достоверного результата, вследствие нерезких краев царапины, приходится измерять ширину большого числа царапин на каждом образце. Кроме того, устройство неприменимо 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.
Известно устройство для определения микротвердости поверхности детали (см. там же, с.83), содержащее практически не деформирующийся (алмазный) индентор и механизм вертикального перемещения индентора. На поверхность испытуемой детали опускают индентор, затем измеряют размер отпечатка. Микротвердость детали 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 устройства, относится то, что известное устройство неприменимо 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 устройством того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является устройство для определения динамической микротвердости поверхности детали (см. там же, с.71), содержащее боек с укрепленным в его нижней части шариком и столик для установки и закрепления детали. Боек падает на поверхность детали. При этом твердость определяют как отношение удельной работы вдавливания шарика в деталь и объема отпечатка. Указанное устройство принято за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство неприменимо 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 полезной модели 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 на удалении от кромки клина. Наиболее яркими представителями клиновидных деталей являются лезвийные режущие инструменты. Повышение стойкости лезвийного инструмента и производительности обработки им является актуальной задачей многих отраслей промышленности. Требования к качеству заточки режущих инструментов возросли в условиях автоматизированного производства. Однако оценить микротвердость поверхностного слоя вблизи кромки, определяющую износостойкость, а следовательно, и работоспособность инструмента, не представляется возможным ввиду отсутствия надежных способов измерениям микротвердости клиновидных деталей.
Технический результат - повышение точности оценки динамической микротвердости поверхностного слоя клиновидной детали.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известное устройство содержит боек и механизм для его перемещения. Особенность заключается в том, что механизм выполнен в виде маятника, рабочая поверхность бойка выполнена в виде призмы, масса подвеса бойка пренебрежимо мала по сравнению с массой бойка, рабочая кромка призмы параллельна подвесу, горизонтальная касательная к круговой траектории бойка лежит в плоскости базовой поверхности инструмента, боек касается кромки инструмента при вертикальном положении подвеса, а устройство снабжено механизмом перемещения инструмента вдоль кромки лезвия.
На чертежах представлено:
на фиг.1 изображена схема маятникового механизма, на фиг.2 изображена призма бойка в момент удара по испытуемому инструменту, на фиг.3 изображена схема к определению площади отпечатка на детали после ее ударного нагружения бойком, на фиг.4 представлена зависимость динамической микротвердости детали от расстояния до кромки клина.
Устройство содержит боек 1 на нити 2, шкалу 3 для отсчета угла поднятия маятника, стойку 4, упор 5 для детали 6, установленной на столе 7,
имеющего возможность перемещения по направляющим основания 8 с помощью маховичка 9 механизма винт-гайка.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.
3
Устройство содержит боек 1, контактная поверхность которого выполнена в виде призмы (см. фиг.2) из материала, твердость которого существенно больше твердости материала измеряемой детали (например, алмаз, твердый сплав). Боек 1 (см. фиг.1) поднимают на некоторый угол, отсчитываемый по шкале 3, и отпускают. Боек, направляемый маятниковым механизмом, разгоняется до скорости υ, ударяет кромку А (см. фиг.2) клина 6 таким образом, чтобы рабочая кромка Б призмы бойка была перпендикулярна к ней. Кроме того, кромка Б призмы должна быть перпендикулярна плоскости В базовой поверхности клина, вдоль которой направляют вектор мгновенной скорости υ бойка, обладающего нормированной энергией (нормированы масса бойка и его скорость). Повторные удары после отскока недопустимы. С помощью микроскопа измеряют длину h отпечатка (см. фиг.3). Зная угол заострения клина α и угол призмы β вычисляют объем V, мм, отпечатка:
Вычисляют кинетическую энергию удара бойка:
где m - масса бойка, кг; υ - скорость бойка до удара, м/с.
Затем вычисляют динамическую микротвердость клина:
3
∂
Энергия удара Е измеряется в Джоулях, объем V в мм, микротвердость Н в ГПа.
∂
Варьируя энергией удара Е (а следовательно, и размерами отпечатка) в некотором диапазоне, строят зависимость динамической микротвердости Н клиновидной детали от расстояния b до кромки клина (см. фиг.3). Разумеется, каждый новый удар не должен затрагивать деформированные предыдущими ударами объемы материала детали, для чего деталь 6 (см. фиг.1), установленную на столе 7 перемещают с помощью маховичка 9 механизма винт-гайка вдоль кромки лезвия. Полученная зависимость отражает изменение свойств поверхностного слоя клиновидной детали в зависимости от расстояния до кромки клина b. По этим зависимостям можно оценить, например, изменение свойств клина по мере его износа.
3
∂
Например, варьируя кинетической энергией удара Е в диапазоне от 0,0014 до 0,075 Дж, получили изменение объема вытесненного металла в диапазоне от 0,0005 до 0,0191 мм (меньшее значение объема соответствует меньшей энергии). Зависимость динамической микротвердости Н лезвия ножа (клиновидной детали) от расстояния до кромки лезвия b (см. фиг.4), показывает, что динамическая микротвердость в диапазоне b=0...0,2 мм существенно ниже, чем при b=0,2...0,35. Это свидетельствует о том, что при изготовлении ножа высокий температурный градиент вблизи кромки привел к закаливанию лезвия, что, в свою очередь, может привести к его хрупкому скалыванию в процессе эксплуатации изделия. Исследования проведены в следующих условиях: деталь - сталь 9ХС, HRC 53...55, угол заточки (клина) - 20°; индентор - твердый сплав Т15К6, m=16,8 г, маятниковый подвес на «невесомой» нити, радиус маятника - 0,5 м; варьировали углом подъема маятника от 10° до 80° с шагом 10°. Динамическая микротвердость клиновидной детали позволяет оценить ее свойства вблизи кромки клина на расстоянии менее b.
Глубина отпечатка b ограничена высотой С основания призмы (см. фиг.2). Для исследования поверхностного слоя на большую глубину используют большую высоту основания призмы.
Динамическая микротвердость, 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.