18

Лабораторна робота №2

Тема: фізико - механічні властивості конструкційних матеріалів

Визначення якості зовнішніх поверхонь готових виробів

Мета роботи: набути навичок по обчисленню шорсткості поверхні та визначенню класу чистоти

Завдання до роботи

1. Визначити конструкцію, оптичну схему та принцип роботи мікроскопу типу МИС-11.

2. Вивчити методику виміру нерівностей готових поверхонь.

3. Здійснити оцінку якості поверхні, запропонованої викладачем.

4. Зробити висновки по роботі.

Обладнання і матеріали

Подвійний мікроскоп МИС-11, досліджувані зразки, мікрокалькулятор, комп’ютер.

Теоретична частина

Визначення шорсткості та класу чистоти

Реальні поверхні, які отримані обробкою на металорізальних верстатах або іншим шляхом (обробкою тиском, литтям і ін.), характеризуються наявністю рядом виступів і впадин різної висоти й форми порівняно малих розмірів по висоті й кроку. Ці виступи й впадини утворюють нерівності поверхні (мікронерівності). Під шорсткістю поверхні розуміють сукупність мікронерівностей з відносно малим кроком. Шорсткість поверхні разом з іншими її характеристиками (кольором поверхні, ступенем відбиваючої здатності), а також поряд з фізичними властивостями поверхневого шару матеріалу деталі (ступенем зміцнення й глибиною зміцненого шару, залишковими напругами обробки й ін.) визначають стан поверхні і є поряд з точністю форми однієї з основних геометричних характеристик її якості.

Шорсткість поверхні відіграє велику роль у рухливих з'єднаннях деталей, в значній мірі впливають на тертя й зношування тертьових поверхонь підшипників, напрямних, повзунів і т.п. При недостатньо гладких тертьових поверхнях зіткнення між ними відбувається в окремих точках при підвищеному питомому тиску, внаслідок чого змащення видавлюється, порушується неперервність масляної плівки й створюються умови для виникнення напівсухого й навіть сухого тертя. Ці обставини особливо важливі для підшипників сучасних швидкохідних і точних машин і приладів, де не можна допустити значних зазорів і рідинне тертя повинне бути забезпечене при досить тонких масляних плівках.

Зменшення шорсткості поверхні вносить більшу визначеність у характер з'єднання деталей. Зазор або натяг, який можна визначити за результатами вимірювання деталей з'єднання, відрізняється від ефективного зазору або натягу, що має місце при зборці й у процесі експлуатації. Ефективний натяг зменшується, а ефективний зазор збільшується тим більшою мірою, чим більшу шорсткість мають сполучені поверхні.

Міцність деталей також залежить від шорсткості поверхні. Руйнування деталі, особливо при змінних навантаженнях, у значному ступені пояснюється концентрацією напруг, що є наслідком наявних нерівностей. Чим "чистіше" поверхня, тим менша можливість виникнення поверхневих тріщин від втоми металу. Чистова обробка деталей (шліфування, полірування й т.п. ) значно підвищує втомлювану міцність.

Зменшення шорсткості поверхні істотно покращує антикорозійну стійкість деталей. Це особливо важливо в тому випадку, коли для поверхонь не можуть бути використані захисні покриття (поверхні циліндрів двигунів і ін.).

Шорсткість поверхні зв'язана також з рядом інших важливих функціональних показників виробів, таких як щільність і герметичність з'єднань, відбиваюча здатність поверхні, контактна твердість поверхні, міцність зчеплення при притиранні й склеюванні, якість гальванічних і лакофарбових покриттів. Шорсткість поверхні впливає на точність виміру деталей. У багатьох випадках її необхідно нормувати для надання гарного зовнішнього вигляду.

Параметри для нормування й позначення шорсткості поверхні

Способи нормування шорсткості поверхні встановлені в ГОСТ 2789-73 і поширюються на поверхні виробів, які виготовляються з будь-яких матеріалів будь-якими методами, окрім ворсистих поверхонь. Вимоги до ворсистих поверхонь, які виходять, наприклад, при обробці деревини, фетру, повинні встановлюватися в окремих нормативно-технічних документах.

Рис.2.1. Профіль поверхні

Шорсткість поверхні оцінюється по нерівностях профілю рис.2.1, які отримуються шляхом перетину реальної поверхні площиною (найчастіше в нормальному перетині). Для відділення шорсткості поверхні від інших нерівностей з відносно значним кроком (відхилення форми) її розглядають у межах обмеженої ділянки, довжина якого називається базовою довжиною ( ). Базою для відліку відхилень профілю є середня лінія профіль-лінія, що має форму номінального профілю й проведена так, що в межах базової довжини середнє квадратичне відхилення вимірюваного профілю до цієї лінії було мінімальним.

Вимоги до шорсткості поверхні повинні встановлюватися, виходячи з функціонального призначення поверхні для забезпечення заданої якості виробів. та шляхом вказівки параметра шорсткості (одного або декількох) з переліку значень вибраних параметрів і базових довжин, на яких відбувається визначення параметрів, а саме:

- середнє арифметичне відхилення профілю;

- висота нерівностей профілю по десятьох точках - сума середніх абсолютних значень висот п'яти найбільших виступів профілю і глибини п'яти найбільших западин профілю в межах базової довжини;

- найбільша висота нерівностей профілю - відстань між лінією виступів профілю і лінією западин профілю в межах базової довжини;

- середній крок нерівностей профілю - середнє значення кроку нерівностей профілю в межах базової довжини;

- середній крок місцевих виступів профілю - середнє значення кроку місцевих виступів профілю в межах базової довжини.

Чистота поверхні характеризується середнім арифметичним відхиленням і висотою нерівностей .

Мікроскоп дозволяє визначати висоту нерівностей шляхом вимірювання за допомогою окулярного мікрометра, а також одержувати профілограми поверхні вимірюванням профілю по точкам або шляхом фотографування.

Для визначення класу чистоти поверхні по знайдених величинах слід користуватися табл. 2.1.

Таблиця 2.1. Визначення класу чистоти поверхні по знайдених величинах

Позначення Класу чистоти	Висота нерівностей , мкм	Похибка показів, %
	40 - 20	8
	20 - 10	11
	10 - 6,3	14
	6,3 - 3,2	18
	3,2 - 1,6	21
	1,6 - 0,8	24

Призначення подвійного мікроскопу МИС-11

Подвійний мікроскоп МИС-11 призначений для перевірки якості обробки зовнішніх поверхонь деталей, шляхом вимірювання за методом академіка В. П. Лінника висоти нерівностей мікропрофілю в межах 0,8 - 40 мкм.

Мікроскоп нормально працює в приміщенні з температурою від +10 до +40°С та відносною вологістю не більше 80%.

Принцип дії та оптична схема мікроскопу МИС-11

Подвійний мікроскоп являє собою систему двох мікроскопів - спостерігаючого та проектуючого. Предметні точки об'єктивів обох мікроскопів сполучені; вісі мікроскопів становлять між собою кут 90°, причому бісектриса цього кута збігається з нормаллю до вимірюваної поверхні.

Рис. 2.1. Принцип дії мікроскопу МИС-11

Принцип дії приладу показаний на рис. 2.1, а.

Якщо освітлена щілина проектується мікроскопом на поверхню що має сходинку висотою (напрямок падіння променів показано стрілками), зображення щілини на поверхні займе положення на сходинці - положення .

У поле зору спостерігаючого мікроскопа зображення щілини буде подібно показаному на рис 2.1,б. Величина зсуву зображення відносно зображення служить мірою висоти сходинки .

Принципова оптична схема мікроскопа показана на рис. 2.2, де - проектуючий мікроскоп; - спостерігаючий мікроскоп; - кут 90° між осями мікроскопів; - досліджувана поверхня; і - об'єктиви мікроскопів (однакові); предметні точки об'єктивів збігаються між собою й з вимірюваною поверхнею ; - вузька освітлена щілина, що лежить перпендикулярно до площини малюнка на осі мікроскопа ; - окулярний мікрометр або окуляр із сіткою; - сітка окуляра, яка знаходиться в площині зображення об'єктива .

Об'єктив створює зображення щілини на досліджуваній поверхні у вигляді вузької лінії, яка світиться, перпендикулярно до площини малюнка. Об'єктив створює в площині сітки окуляра зображення , а також тієї вузької ділянки поверхні , на якому розташовується зображення щілини .

Рис. 2.2. Принципова оптична схема мікроскопу МИС-11

Приклад.

На досліджуваній поверхні є сходинка Р₂ висотою h. Частина пучка світла, відбита від поверхні сходинки Р₂, задається вихідною лінією S'₂, що світиться. На сітці F окулярного мікрометра зображення S"₂ зміщається відносно зображення S"₁ і площини малюнка на величину b.

Величина b зміщення зображення визначається зф формулою:

, (2.1)

де N — збільшення об'єктиву O₂^*

На рис. 2.2 видно, що .

*Під збільшенням об'єктиву, розрахованого на довжину тубуса "безмежність", розуміють збільшення системи, що складається з об'єктива й додаткової лінзи.

Величина зсуву зображення щілини пропорційна висоті сходинки . Якщо на досліджуваній поверхні є впадини або виступи, кожна нерівність викликає викривлення зображення щілини, пропорційне величині нерівності й відповідному її напрямку. При цьому, збільшення розмірів (у площині сітки окуляра) по глибині профілю становить , а вздовж довжини профілю дорівнює (збільшенню об'єктива мікроскопа).

Таким чином, вимірявши висоту зображення профілю поверхні, можна обчислити реальну висоту профілю за формулою

, (2.2)

Межі величин, виміряних за допомогою подвійного мікроскопа, обмежуються, з одного боку, його роздільною здатністю, з іншого боку - глибиною зображення мікроскопа. Як відомо, обидва фактори обумовлюються головним чином апертурою об'єктивів, що застосовуються. Тому для виміру різних висот нерівностей варто користуватися різними об'єктивами. Оптична система приладу показана на рис. 2.3.

Лампа 1 через світлофільтр 2 за допомогою конденсора 3 освітлює щілину 4, яка знаходиться у фокальній площині системи додаткових лінз 5 і зображується об'єктивом 6 у його предметній площині, що сполучає з вимірюваною поверхнею. Об'єктив 7 з додатковою лінзою 8 дає зображення ділянки вимірюваної поверхні й розташованого на ньому зображення щілини в площині сітки 9 окуляра 10.

Рис.2.3. Оптична схема приладу МИС-11