Оборудование, инструмент и материалы. Рычажный пресс Бринелля. Отсчетный микроскоп (лупа Бринелля)

Рычажный пресс Бринелля. Отсчетный микроскоп (лупа Бринелля). Линейка с делениями или штангенциркуль. Образцы металла для измерения твердости.

Рычажный пресс Бринелля служит для получения отпечатков на испытуемом металле. На рисунке 2 представлены общий вид и схемы рычажного пресса типа ТШ (твердомер шариковый) с механическим приводом. Шарик 20 находится в съемной оправке 19, которая винтом 17 закреплена во втулке шпинделя 15. Подготовленный для испытания образец кладется на стол 21 и при вращении маховика 23 винтом 22 прижимается вначале к шарику 20, а затем, преодолевая сопротивление пружины 15, подводится до упора в ограничитель 18. Этим создается зазор между конусной частью втулки шпинделя 16 и гнездом в станине 24. Этот зазор исключает трение втулки о станину в процессе вдавливания шарика в образец, что повышает точность эксперимента. Затем нажимают пусковую кнопку 28. При этом включается электродвигатель 1 (N = 1400 об/мин), который через двухступенчатый червячный редуктор 2 начинает вращать кривошипный вал 3 и кривошип 5 против часовой стрелки. Приходят в движение также шатун 6 и вилка 7, в результате чего нагрузка (создаваемая грузом 10 и подвеской 9) системой рычагов 11 и 13, соединенных серьгой 12, через шпиндель 14 плавно прикладывается к образцу, достигая максимального значения в момент отхода ролика 8 от главного рычага 11, т.е. когда груз (набор гирь) находится в крайнем нижнем положении. В это время зажигается сигнальная лампа 29. Сумма чисел, указанных на гирях в подвеске (187,5), соответствует нагрузке Р на шарик.

После выдержки груза в нижнем положении вращение электродвигателя автоматически переключается на обратное, вилка 7 снова подходит к главному рычагу 11 и роликом 8 приподнимает его. В результате нагрузка с шарика плавно снимается. В момент начала снятия нагрузки сигнальная лампа гаснет. Таким образом, время горения лампы соответствует продолжительности нагружения. Это время для разных металлов неодинаково. Для отсчёта его служит специальный механизм, встроенный в пресс. С помощью подвижной чашки 26 (со шкалой), винта 27 для закрепления чашки и шкалы 25, нанесенной на станине 24, устанавливается расчетная выдержка испытания. Все операции (нагружение, выдержка под нагрузкой, снятие нагрузки, реверсирование, выключение электродвигателя) выполняются автоматически с помощью концевого переключателя 4.

После выключения двигателя маховик 23, вращаясь в обратную сторону, отпускает испытуемый образец. В результате испытания на поверхности образца образуется шаровой отпечаток, диаметр которого характеризует твердость испытанного металла.

Рисунок 2 – Рычажный пресс Бринелля:а – схема; б - общий вид

Требования техники безопасности при работе на прессе Бринелля:

1 Навеску грузов выполнять одному человеку.

2 При включенном электродвигателе нажимать пусковую кнопку, трогать маховик, грузы и т.п. запрещается.

3 Работать только на заземленном прессе (заземление проверяется периодически работником кафедры).

4 По окончании работы отключить пресс от сети (выключить рубильник и вынуть из розетки вилку).

ВНИМАНИЕ! В случае обнаружения неисправности прибора не пытаться устранить ее, а немедленно доложить преподавателю.

Последовательность операций для получения отпечатка на прессе Бринелля:

1 Проверить правильность подготовки прибора к работе (набор гирь для получения необходимой нагрузки, диаметр шарика, установленную выдержку под нагрузкой).

2 Внимательно осмотреть испытуемый образец. Опорная сторона образца должна быть гладкой, без отпечатков, а на испытуемой – могут быть отпечатки, сделанные ранее. Запрещается делать отпечаток на опорной (гладкой) стороне образца.

3 Выбрать место для отпечатка.

4 Положить образец опорной поверхностью на край предметного стола и, осторожно двигая на себя, установить выбранное для испытания место против шарика. Если образец не проходит под индентор, то стол следует опустить, вращая маховик против часовой стрелки. Образец должен плотно прилегать к столу.

5 Подвести испытуемый образец до соприкосновения с шариком без удара, осторожно вращая двумя руками маховик, по часовой стрелке.

6 Подвести образец до упора в ограничитель, продолжая вращать маховик по часовой стрелке (предварительная нагрузка 10 кг).

7 Нагрузить шарик основной нагрузкой Р, дать необходимую выдержку под нагрузкой, затем нагрузку снять. Для этого необходимо легко нажать и быстро отпустить пусковую кнопку. При этом включается электродвигатель, и все перечисленные операции прибор выполняет автоматически. После снятия нагрузки электродвигатель также автоматически выключается, что определяется на слух.

Если выключение не произошло, то следует немедленно доложить преподавателю.

Время выдержки под нагрузкой регистрируется сигнальной лампой и соответствует времени ее горения. В момент достижения грузом крайнего нижнего положения лампа загорается, в момент начала подъема груза - гаснет. Когда груз находится в крайнем нижнем положении, на шарик действует максимальная (расчетная) нагрузка Р.

8 Опустить стол с образцом. Для этого необходимо: а) убедиться, что электродвигатель выключился (шум электродвигателя прекратился); б) вращая маховик в обратную сторону (против часовой стрелки, если смотреть сверху), опустить стол настолько, чтобы между шариком и образцом образовался просвет не менее 20 мм.

9 Снять со стола испытуемый образец.

10 По окончании работы пресс отключить от сети и зачехлить.

Отсчетный микроскоп (лупа Бринелля) служит для измерения отпечатков, полученных на прессе Бринелля. Лупа - оптический прибор высокой точности, требующий внимательного и бережного хранения в специальном футляре. Устройство лупы и изображение, наблюдаемое при рассматривании в лупу отпечатка, показаны на рисунке 3, где 1 - глаз наблюдателя; 2 - окуляр и окулярное кольцо с накаткой; 3 - кольцо с накаткой для поворота шкалы на 90°; 4 - кольцо с накаткой для наводки на резкость отпечатка; 5 - колонка лупы; 6 - объектив; 7 - окно (вырез в колонке) для освещения отпечатка; 8 - основание лупы; 9 - отверстие в основании.

Работа с лупой. Извлечь лупу из футляра и, не приводя в движение ее элементы, по рисунку 3 ознакомиться с основными частями.

ВНИМАНИЕ! В случае обнаружения неисправности лупы не пытаться ее устранить, а немедленно доложить преподавателю.

У каждого отпечатка измеряются два диаметра (d₁ и d₂), лежащие во взаимно перпендикулярных направлениях. Для измерения диаметров выполнить следующие операции:

Рисунок 3 – Отсчетный микроскоп (лупа): а - схема; б - изображение, наблюдаемое при просмотре отпечатка

1. Навести на резкость отсчетную шкалу лупы. Для этого: а) взять лупу за колонку левой рукой; б) наблюдать одним глазом в окуляр; в) поворачивать в ту или иную сторону окулярное кольцо 2 до получения четкого изображения шкалы (см. рисунок 3).

Отсчетная шкала имеет деления. Числа на шкале против больших делений указывают расстояние в миллиметрах от начала шкалы, т.е. от нуля. Цена деления шкалы и кратность увеличения указываются на лупе обычно под кольцом 3.

2. Установить лупу основанием 8 на испытуемую поверхность так, чтобы измеряемый отпечаток был в центре отверстия 9, а окно 7 было обращено к свету.

3. Навести на резкость отпечаток. Для этого: а) пальцами левой руки прижать лупу основанием 8 к образцу, не закрывая при этом рукой окна 7; б) наблюдая в окуляр, получить резкое изображение отпечатка в поле зрения, поворачивая правой рукой в ту или иную сторону кольцо 4.

4. Совместить край отпечатка с началом шкалы, осторожно передвигая лупу по поверхности образца так, чтобы шкала проходила по диаметру отпечатка (см. рисунок 3).

5. Прочитать деление шкалы, соответствующее диаметру отпечатка (на рисунке 3 он равен 4,3 мм).

6 Измерить диаметр отпечатка d₂ в направлении, перпендикулярном диаметру d₁. Для этого: а) прижимая левой рукой лупу к образцу, правой за кольцо 3 повернуть шкалу лупы на 90°; б) совместить начало шкалы с краем отпечатка, как указано в п. 4.

Порядок выполнения работы

1 Ознакомиться с описанием пресса и лупы Бринелля.

2 Выбрать по таблице 1 условия измерения твердости, т.е. диаметр шарика D, нагрузку на шарик Р и время выдержки шарика под нагрузкой t. Прежде чем воспользоваться таблицей 1, необходимо установить:

а) вид испытуемого металла (черный или цветной);

б) в каком интервале находится твердость испытуемого металла (оценить, какой металл поступил на испытание: твердый, мягкий или очень мягкий);

в) толщину поступившего на испытание образца.

3 Настроить твердомер для предстоящих испытаний.

4 Выбрать на образце место для отпечатков.

5 Получить отпечатки.

6 Измерить диаметры d₁ и d₂ каждого отпечатка. Измерение производится с помощью лупы. Разность измерений диаметров отпечатка не должна превышать 2 % от меньшего из них. При удовлетворении этого условия определить расчетный диаметр отпечатка d_ср. (среднее арифметическое двух измерений). Если указанное условие не удовлетворяется, то сделать новый отпечаток.

7 Определить число твердости по Бринеллю. Число твердости определяют для d_ср по формуле (3). Однако во избежание громоздких вычислений, связанных с большой затратой времени и возможными ошибками, обычно пользуются таблицей, в которой помещены значения НВ, подсчитанные по формуле (3) для различных расчетных диаметров.

Содержание отчета

Цель работы; схема испытания по Бринеллю, условия выбора диаметра шарика, нагрузки и времени выдержки; область применения испытаний по Бринеллю; полученные результаты.