В память о Третьякове С.А., разработчике твердомеров МИТ (-1; -2; -3) фирмы "НПП "МИТЭКС" (г. Калининград)

УДК 620.17:672.4(06)

ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОСТИ В ТРУДНОДОСТУПНЫХ МЕСТАХ ДЕТАЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ДЛЯ РЫБОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ю.П. Александров, С.А. Третьяков*

* Научно-производственное предприятие «ЭПСИ» 236041, г. Калининград,

ул. Курортная,1а,  Россия, E – mail: altret@mail.ru

Приводятся результаты измерения образцовых мер твердости переносным микропроцессорным измерителем твердости типа МИТ-2 при разных пространственных положениях датчика и предлагаются меры по повышению точности измерения твердости деталей в труднодоступных местах.

измерение, твердость, твердомер портативный и динамический, индентор, образцовые меры твердости, пространственное положение датчика, труднодоступные места детали

ВВЕДЕНИЕ

В производственных условиях возникает необходимость оперативного контроля твердости в разных пространственных положениях рабочих поверхностей деталей технологического оборудования в труднодоступных местах без нарушения целостности самой детали. Этим условиям измерений твердости поверхностей деталей в любом их пространственном положении в полной мере отвечают переносные динамические твердомеры ударного действия, основанные на ударном контактировании индентора твердомера с измеряемой поверхностью детали [1-3].

Механическое взаимодействие в ударной системе «индентор – деталь» описывается энергетическим соотношением:

 ,

где  Е – кинетическая энергия индентора до удара; m - масса индентора;         - скорость индентора до удара; - скорость индентора после удара; - энергия пластического деформирования.

В реальных ударных системах, где всегда имеют место энергетические потери на пластические деформации, соотношение скоростей индентора имеет вид:

.

Переносные зарубежные твердомеры ударного действия и их отечественные аналоги измеряют динамическую твердость по способу, предложенному швейцарским ученым Лейбом  , – по соотношению скоростей индентора:

.                                                                                       (1)

В этих твердомерах скорость индентора до и после удара определяется бесконтактным методом с помощью электромагнитной катушки, в которой наводится э.д.с., прямо пропорциональная скорости движения индентора с закрепленным в его носовой части магнитом. Первоначальная скорость индентора  задается сжатой тарированной пружиной.

Измерения твердости в труднодоступных местах деталей в разных пространственных положениях датчика твердомера проводились принципиально другим способом , который заключается в измерении времени прохождения индентором твердомера фиксированной базы отсчета соответственно до и после отскока с помощью электронно-оптической системы. 

Этот способ измерения твердости поверхностей деталей реализован в микропроцессорном измерителе твердости типа МИТ-2 производства научно-производственного предприятия «ЭПСИ». Динамическая твердость в этом твердомере определяется из соотношения:

            ,                                                                                 (2)

где  - динамическая твердость, измеренная микропроцессорным  измерителем твердости типа МИТ-2;  - время прохождения индентором фиксированной базы до удара об измеряемую поверхность детали;  - время прохождения индентором фиксированной базы после его отскока от измеряемой поверхности.

Анализ зависимостей (1) и (2) позволяет сделать вывод о единстве физической сущности динамических твердостей и, которые переводятся в соответствующие шкалы твердости, например, в значения твердости по шкале HRC Роквелла.

Определение временных интервалов  и  обеспечивает большую достоверность и точность результатов измерения динамической твердости по сравнению с измерением значений э.д.с. в сложной электромагнитной системе с дальнейшим преобразованием этих значений в величины скоростей  и , как это предусмотрено в динамических твердомерах, работающих по способу Лейба . В этих твердомерах пружина в датчике обеспечивает только одну скорость индентора. Поэтому к твердомерам этого типа, как правило, прилагаются несколько датчиков для определения достаточно узких диапазонов твердостей объекта. При измерении твердости материалов с разными магнитными свойствами могут возникнуть дополнительные погрешности в твердомерах, работающих по способу Лейба, ввиду наличия магнита в инденторе.

Эти недостатки отсутствуют в динамических твердомерах типа МИТ-2, работающих по принципиально иному способу . Эти твердомеры измеряют твердость в более широком диапазоне одним датчиком за счёт возможности изменения начальной скорости движения индентора до удара, а следовательно, за счёт изменения кинетической энергии удара индентора об измеряемую поверхность.

Можно предположить, что на точность измерения твердости деталей в   труднодоступных местах оказывает влияние пространственное положение индентора датчика твердомера относительно измеряемой поверхности.

МЕТОДИКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

Экспериментальные исследования по выяснению влияния пространственного положения датчика на точность измерения твердости были проведены на трёх образцовых мерах твердости МТР-1 с маркированной твердостью 23,4; 40,7 и 61,9 единицы по шкале HRC Роквелла.

Образцовые меры твердости закреплялись в специальном приспособлении в пяти положениях (горизонтально, наклонно под углом  и вертикально), как показано на рисунке.

Рис. Схема пространственного положения образцовых мер твердости

и  направления движения индентора датчика

На опорную поверхность приспособления наносился тонкий слой специальной смазки, и образцовая мера твердости плотно притиралась к опорной поверхности приспособления с целью исключения влияния базирования образцовой меры на точность измерения твердости. Датчик с упором, в котором перемещается индентор, устанавливался перпендикулярно к измеряемой поверхности образцовой меры твердости.

Калибровка твердомера проводилась по каждой образцовой мере твердости в положении индентора «ВНИЗ ↓» перед измерением ее твердости в пяти положениях не менее чем в восьми точках. Измерения твердости образцовых мер при проведении исследований также выполнялись не менее восьми повторностей в каждом положении индентора датчика. Результаты измерений сведены в таблицу.

В процессе измерения динамической твердости на индентор датчика, находящегося в пяти принятых положениях, действуют в определенном направлении сила разгона индентора, его вес, сила трения цилиндрической поверхности индентора о внутреннюю поверхность направляющей втулки, расположенной в корпусе датчика, и силы реакции отскока индентора после его удара о поверхность объекта.

В вертикальном положении индентора «ВНИЗ ↓» векторы силы разгона индентора и его ускорения свободного падения направлены вниз. Это вызывает ускорение движения индентора вниз до удара о поверхность объекта, т.е. время разгона индентора уменьшается. При отскоке индентора после удара о поверхность объекта векторы силы реакции и веса индентора направлены в противоположные стороны, т.е. движение индентора вверх замедляется, а время прохождения индентором фиксированной базы   увеличивается.

Таблица. Результаты измерения образцовых мер твердости при разных направлениях движения индентора датчика

В таблице в графах «HRC» и «%» в скобках указано, насколько изменилось значение измеренной твердости образцовой меры в единицах шкалы HRC и в процентах в разных направлениях движения индентора по сравнению с его  положением «ВНИЗ ↓».  Измеренные значения твердости образцовых мер при положении индентора «ВНИЗ ↓» приняты за 100 %, так как это его положение  является основным при работе твердомера.

При положении индентора «ВНИЗ ↓» получены наименьшие значения измеренной твердости образцовых мер ввиду описанного ниже сочетания сил по направлению, действующих на индентор.

В вертикальном положении индентора «ВВЕРХ ↑» его движение вверх под воздействием силы разгона замедляется ввиду противоположного направления веса индентора и силы трения, т.е. время разгона индентора  возрастает, а его движение вниз после удара о поверхность объекта ускоряется под действием ускорения свободного падения индентора, т.е. время прохождения им фиксированной базы после удара  уменьшается. Следовательно, в вертикальном положении индентора «ВВЕРХ ↑» значение измеренной твердости образцовых мер должно возрастать, что подтверждается экспериментальными данными.

В горизонтальном положении индентора усиливается влияние силы трения, так как направление веса индентора перпендикулярно направлению  его движения.

В положениях индентора «ВНИЗ 45» и «ВВЕРХ 45» соотношение сил, действующих на него, изменяется по сравнению с описанными ниже положениями индентора «ВНИЗ ↓» и «ВВЕРХ ↑».

Во всех четырех положениях индентора: «ВНИЗ 45», «ГОРИЗОНТАЛЬНО», «ВВЕРХ 45» и «ВВЕРХ», наблюдается увеличение значений измеренной твердости образцовых мер по сравнению с измеренной твердостью этих мер при положении индентора «ВНИЗ ↓», которое принято основным при работе твердомера, на 0,8 ÷ 2,9 % для образцовой меры 23,4 HRC, на 0,6 ÷ 2,6 % для образцовой меры 40,7 HRC и на 0,4 ÷ 2,0 % для образцовой меры 61,9 HRC. 

На основе экспериментальных данных, приведенных в таблице, были построены калибровочные кривые для каждого положения индентора датчика твердомера, корректирующие погрешности измерения твердости деталей при разных его положениях. Калибровочные кривые были введены в память микропроцессорного измерителя твердости МИТ -2.

Результаты измерений твердости зубьев зубчатых колес, звездочек и кулачков с криволинейными пазами в научно-производственном объединении  ОАО «Рыбтехцентр» подтвердили правильность внесенных поправок на результаты измерений при разных положениях датчика твердомера.

ВЫВОДЫ

 1. Результаты проведенных исследований показали возможность измерения твердости деталей технологического оборудования в труднодоступных местах в любом пространственном положении датчика переносного микропроцессорного измерителя твердости типа МИТ-2, основанного на  принципе ударного отскока от измеряемой поверхности с регулируемой энергией удара индентора.

2.  Высокая точность измерения твердости деталей обеспечивается более прогрессивным запатентованным способом измерения твердости, вводом калибровочных кривых в память твердомера на основе данных экспериментов, проведенных на образцовых мерах твердости МТР-1 второго разряда при разных пространственных положениях датчика.     

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент РФ № 2052794 G01N 3/52. Способ измерения твердости / А.Я. Аронов, С.А. Третьяков, Д.Р. Синкевич.

2. Leeb. D.Dynamic hardness testing of metallic materials // NDT Jntepnational, 1979. V12, p 274 – 278.

3. Александров Ю.П. Сравнительный анализ функциональных характеристик отечественных и зарубежных переносных твердомеров / Ю.П. Александров, А.С.  Третьяков // Международная научно-техническая конференция, посвященная 70-летию основания КГТУ. – Ч. III. – Калининград, 2000. – С. 188-189.

THE RESEARCH OF HARDNESS IN THE TECHNOLOGICAL EQUIPMENT PARTS PLACES DIFFICULT TO ACCESS FOR FISH PROCESSING AND FOOD INDUSTRY

J.P. Alexandrov, S.A. Tretjakov

The results of hardness pattern measures by means of microprocessor hardness meter of  MIT-2 type at different special detector positions are given and measures for increasing precision of machine parts hardness measurement in the places difficult to access.