SPIS TREŚCI
„
„
I Organizacja pracowni technicznej
Rozdział
Rozdział
Badania
II
własności
mechanicznych metali
Wiadomości wst~pne
.
11.1. Wyznaczanie współczynnika tarcia . ll.2. Działanie i obsługa zrywarki - dobór próbek .
Badanie wytrzymałości na rozciąganie . Badanie wytrzymałości na ściskanie . Badanie wytrzymałości na ścinanie . Badanie wytrzymałości na zginanie Badanie udarności młotem Charpy'ego Badanie naprężeń za pomocą tensometrów mechanicznych Pomiary naprężefl tensometrami oporowymi (w belkach zginanych) . . . . . . . . II.IO. Pomiar twuruości metodą nrinella . II.11. Pomiar twardości metodą Rockwclla . II.12. P omiar twardości metodą Vickcrsa . II.13. Pomiar twardości metodami Poldi i Shore'a
II.3. II.4. Ir.5. II.6. II.7. II.8. II.9.
Ro z d z i a
ł
własności
metali .
Wiadomości wstępne
.Próba Próba Próba Próba blach 111.5. Próba III.6. Próba JII.7. Próba
11
ls
17 21 26 29 31 35 39 41
49 56 60
66
III
Badanie technologicrnych III.1 . 111.2. HI.3. III.4.
11
iskrowa stali . rozginania ką towników . tłoczności blachy metodą Erichsena . . . . . . podwójnego zginania i próba zawijania ze zginaniem cienkich . . . przeginania blach, taśm bednarki roztłaczania rur nawijania drutu
69 89 70 '14 '15 79 81 83 85
3
IJI.R. Próha \vywijania kolniena rur III.9. Próba pr7eginania dr utu . III.10. T.>clrnulogiczne metod y badania złączy spawanych . IlI.11. \. ykrywanie ·wod .,,...,. metab p r zez oglt,ciziny . . . IJI.12. Be.danie metL1li mctodumi kapilnrny mi (proby szc zel n ości) . JII.1:1. Próba przpłom u n iebiesk iego . IH.14. Wytłaczanie misec,'.ek na tłoczniku doświadcz alnym . 111.15. 13ndr.nie mebli frhmi ulf.radźwi~kowymi . U I.1 6. Określenie wad technologicznych w wyroba<.h metalowych . III.17. Analiza ciepln a czystego met111J . JJI.18. Analit:a C'ieplna si.opu ;Jodwt'jnego z roztworem stałym ciągłym
.
III.19. Analiza cieplna stopu pod•.vójllcgo z Rozdział
eutek~yką
.
87 89 92 95 98 100 102
104 112 11 7 • 121 124
J 'i.1'
B adania' metalog·r a fi czoe W1:1don.Jści wst t;:pn e . IV. 1. Pr;:ygotowar..ic p róbek do lndai1 m: k111sknpowych IV.2. P rzygotownmc pr óbek oo bad~ni m1krvsk:.>powych I V.3. W yKry\\'anie rnnicczyszczcń st.ili siark4 i fosforem . . IV.4. Okreśh•11ie str uktu• y pierwolnt.:j oraz rkreślenic skłonnośC'i ~tali do star ze nia po przpkrnez1 niu gr2nicy plastyczn ości . !V.5. Określen i e wie lkości ziarn n-:1 pr:tP1Pn\ic . . . . . . I V.6. P róba gł<: bok iego \Vylr:lwinniu i wykrywa n ia u ieciąg ło?;1.:i . . I V .7. Budowa mikrosk opu me t a logr<.'lficznego i sposób w yznacza nia 1
po ,,·iększen
I V.8. W t rącenia n iemetaliczne w stali . IV.9. Obserwacje mikroskopow e zni szczeń korozyjn ych IV.10. Obserwacje ;nikr osk:opowe staliw a i stali węglo wych k on . . . . . s trukcyjnych wyżar zonyc h IV.11. Obserwacje mikroskopowe s truk tur że liwa węg l owego- zwykłego, modyfikow a nego i sferoida lnego . . . . I V.12. Obserwacje mikroskopowe struktur że liwa st opowego i ciągliwe go . . . . I V.1 3. Obser wacje struktu1 y stali węglo w ych po ob r óbce cieplne j · (\Vyż 2rzaniu i u lepszaniu cieplnym) . I V.14. Obserwa cje strukt ury stali węglowych p o zgmocie i rekrys talizacji IV.15. Obserwacje struktury :-pcn n przed wyż.arzcnie m i p o w y zarzeniu . IV.16. Obserwac je struktur y stali węglowe j po o~ róbce cieplnochemicznej (po nawęg laniu ) I V.17. Obserwac je str uktury s tali n arzGd ziowe j węglowe j i stopow e j IV.18. Ob serwac je struktt..1y s topó\V nlurnini urn . IV.19. Ob ser wacje struk i.ury stopów m1adzi . IV.20. Obserwacje struktur stopów łożyskowych . . . . . I V.21. E ksper tyza met a logr aficzna - określenie wad wewuętrznych s tali i żeliwa . . . . . . . . IV .22. E k spert y za meta lograf iczna ok reślenie wła sn ości stali zależnych o d budowy wewnqtrznc j . .
130 130 139 11 1 143 147 149 15 1 153 160 165 167 170 174 176 183 187 188 193 195 200 205 201 212
~
R ozdział
V
Cwic2.cn ia z o br óbki cieplnej W iadcmości wstc:p n e . V.1. Wyżarz~ ni<' norma lizuj ące, V.2. Ha:towan:e na wskroś .
4
216 2 16 zupełne
izotermiczne
223 228
V.3. Octpuszc:zanie i odpn:za:11e . . V.4. l.Tt\vardzanie dyspcrsyjr.e. czyli przcsy u:;i'-' i starzenie stopów metali rJeżel<~znyc h ·
231 2S3
Rozdział
VI Pomiary wa.r1>ztatowc Wiadomości
239 239
wstęp :-1e
Pomiar w:::łk ct Pomiar otworl.) . . . Sprawdzunie prostoliniowości . pJa_kości i poloirnia Pomiary kątów i s~ożków VI.5. Pomiary gwintów VI.6. P0miar 8prawdzianu do gwintow . VI.7. P omiary promieni, łuków kołowyc:h i O\Vali VI.8. Pomiary kol zęba tych VI:9. Pomiary dokh:1 tl •10ści kóJ zr, batych . VI. 10. Sprawdzanie nnr Z( dzi pomiaru w yclt VI.11. Pomiar sprawdzianów 1 ptimctrem VI.12. Pomiar chropowat0~ci . „ VI.13. Sprawdzarue noży tokarsidch V J.14. Sprawdzanit! na:-zędzi do obróbki otwo rów V J.15. Sprawdzanie frezów VT.l. Vl.2. VI.3. V J.4.
R o z d zi a
ł
pła.:;zn.yzny
246 261 256 261
268 273 2'i7
260 !!Olł
297
201 303 308
312 317
VII
ćwiczenia
ze skr.nva nia met:..Ji i /. tibrahiarek Wi
322 322 323 331 337 341 34ll
349
353 368 368 371
R o z d z i a 1 Vlll C1\iczcuia z 0:·1krcsu bacań ma.szyn cieplnych Wiadcmości wstępne
VIII.1. Badanie wentylatora odśrodkowego . . Vlll.2. Badanie pompy wirowej . . . . VIII.3. Badanie silnika spalinowego z zapłonem samociynnym VIII.4. Badaruc &).lnika z zapłonem iskrowym . . VllI.5. Pomiar mocy indykowan„ j spr~ż:lrki tłokowej . VIII.6. Rtgulacja prędkości o b rotowej silników spalinowych VHI.7. Re3ulacja gaźnika . VIIUt Badanie sprężarki tłokowej VIII.9. Badanie kotła parowego . VIII.10. Badanie turbiny parowej . 1
3'19 379 380 383 387 396 399 404 406 413 416 419
5
Rozdział
IX
Cwiczcnia z obróbki plastycznej
425
Wiadomości wstępne . IX.1. Pomiar wykrojów matrycy ku:lnLczcj i sprawdzenie je; kształtów wzornikiem . . IX.2. Bomiar tłoczników . IX.3. Pomiar odkuwek . . IX.4. Pomiar części tłoczonych . . . IX.5. Wyznaczanie energii uderzenia młota metodą obliczeniową . • IX.6. Wyznaczanie energii uderzenia młota metodą kucia próbki ołowiowej . . . . . . . . . IX.7. Wyznaczanie nacisku nominalnego pras mimośrodowych IX.8. Sprawdzanie dokładności prasy mimośrodowej IX.9. Sprawdzanie dokładności pras korbowych IX.10. Sprawdzanie dokładności młota .
425 426 428 432 436
440
441 446 451 464 45'7
Rozdział
l
ORGANIZACJA PRACOWNI TECHNICZNEJ
Tematem niniejszego podręcznika są ćwiczenia dla trzech kierunków mechanicznych: obróbki skrawaniem, budowy maszyn i obróbki plastycznej. Programy pracowni technicznej tych trzech specjalności, choć podobne, różnią się jednak; dotyczy to szczególnie zakresu poszczególnych badań. Dlatego przerabiane ćwi czenia powinny być dobierane w każdej szkole inaczej, stosownie do specjalności szkoły i posiadanego wyposażenia pracowni. W każdej szko1e należy bezwzględnie przestrzegać regular.ainu pracowni. Organizacja ćwiczeń powinna być oparta na opracowanym przez nauczyciela harmonogramie przejść poszczególnych stanowisk pomiaro·w ych. Regulamin pracowni powinien być dostosowany do potrzeb i możliwości szkół, jed!lak w ogólnym zarysie powinjen obejmować niżej podane wskazania. REGULAMIN PRACOWNI
1. Przygotowanie się uczniów do ćwiczeń. Przystępując do ćwi czenia uczeń powinien być przygotowany teoretycznie (z podręczników takich przedmiotów, jak maszynoznawstwo, metaloznawstwo, części maszyn, pasowania i pomiary, skrawanie i narzędzia, obróbka plastyczna). Ćwiczący jest również obowiązany dokładnie zapoznać się z in'>trukcją obsługi danego urządzenia, a w szczególności z przepisaini bhp.
2. Niedopuszczenie do ćwiczeń. Uczeń może być nfodopuszczony do wykonywania ćwiczenia w przypadku: nieuzasadnionego spóźnienia, nieprzygotowania się do ćwiczenia, braku sprawozdań z dwu poprzednio .przerobjonych ć\.Viczeń lub niewła ściwego zachowania się. 3. Kontrola i pob·ieranie sprawdzanych. przedmiotów i narzędzi pomiarowych. Przed przystąpi eniem do wykonywania ćwi czenia ucze11 jest obowi~zany sprawdzić, czy znajdujące się na danym stanowisku przyrządy i narzędzia pomiarowe oraz inny sprzęt nie noszą śladów vlidocznych uszkodzeń. O zauważonych uszkodzeniach należy niezwłocznie powiadomić nauczyciela prowadzącego ćwiczenia. Pobieranie potrzebnych narzędzi od.bywa się pod nadzorem nauczyciela (prowadzi on specjalną książkę wypożyczeń). 4. Sprawdzanie i włączanie układu. Po zmontowaniu układu pomiarowego sprawdza się prawidłowość połączeń. Przed spra\vdzeniem nie wolno urucham iać układu (np. podłączać układu do źródłu prąd u). 5. Prot o kół pomiarów. Każda grupa (w przypadku odbywania Ć\Viczcń grupowych) prowadzi jeden wspólny zeszyt protokołów z pomiarów, w którym wyznaczony ucze1\ notuje wyniki wg wzoru opracowanego we własnym zakresie lub zaleconego przez nauczyciela. _ 6. Wykonywanie pomiarów. Podczas wykonywania pomiarów należy możliwie dokładnie odczytać wartości mierzonych wielkości oraz starannie i przejrzyście zanotować jk w ze-
szycie. 7. Zaliczenie
Po wykonaniu ćwiczeruh grupa zgłasza się z zeszytem protokołów do nauczyciela, który podpisem stwierdza wykonanie ćwiczenia. Rozmontowanie układu pomiarowego może nastąpić jedynie po zatwierdzeniu protokołu przez nauczyciela. 8. Zakończenie ćwiczenia. Po zatwierdzeniu protokołu ćwiczący (grupa) sprząta stanowisko, wykonuje polecone przez nauczyciela czynności i zawiadamia go, że stanowisko jest gotowe do odbioru. 9. Sprawozdanie z ćwiczeń. Z każdego wykonanego ćwiczenia 3
ćwiczenia.
uczeń sporządza
sprawozdanie wg wzoru opracowanego we własnym zakresie lub zaleconego przez nauczyciela. 1O. Przepisy porzqdkoice: - podczas wykonywania ćwiczeń nie ·wolno rozmawiać z kolegami z innych grup, a we własnej grupie należy ograniczy.ć rozmowy do zagadnień związanych z wykonywanym ćwiczeniem, wychodzenie z pracowni w czasie trwania ćwiczeń jest dozwolone tylko za zgodą nauczyciela, - o wszelkich zauważonych usterkach lub nienormalnej pracy danego urządzenia należy niezwłocznie poinformować prowadzącego,
na stanowisku roboczym uczeń może mieć ze sobą tylko ni<:>zbędne przyrządy do pisania, zeszyt, książki, uczniowie nie powinni nosić na pakach sygnetów, nie powinni także mieć zbyt długich włosów (długie włosy. spadające na czoło, przeszkadzają podczas pracy, mogą także być przyczyną nieszczęśliwego wypadku). 11. Odpowiedzialność materialna uczniów. W razie uszkodzenia urz4dzenia lub narzędzia z winy ucznia powinien on ponieść odpowiedzialność finansową za wynikłe straty. Jeśli u stalenie osoby winnego jest niemożliwe, odpowiedzialność ponosi grupa lub zespól ćwiczących uczniów. 12. Opuszczanie ćwiczeń. Jako zasadę należy przyjąć, że uczeń powinien przerobić wszystkie ćwiczenia przewidziane programem. W razie opuszczenia ćwiczenia uczeń powinien je odrobić w godzinach dodatkowych, wyznaiczonych przez nauczyciela. 13. Przy konserwacji sprzętu pomiarowego należy postępować zgodnie z wytycznymi zawartymi w instrukcji dotyczącej konserwacji. PRZEPISY BHP
' Podczas wykonywania ćwiczeń należy bezwzględnie przes trzegać przepisów bez.piecz.eńslwa zawartych w instrukcjach obsługi poszczególnych urządzeń i aparatów. W szczególności nie należy: 9
dotykać
przewodów znajduJQcych s1~ pod napięciem. bez istotnej potrzeby CZGŚci. uziemiony(,h (korpusy silników, urządzcma wodociągowe itp.) lub opierać się o me przy wykonywaniu ćwiczeń, zbliżać części ciała i ubrania bezpośrednio do wirujących czę ści maszyn, uruchamiać - bez zezwolenia nauczyciela' prowadzącego maszyn, obrab1<..1rek, urządzeń, aparatury kontrolno-pomiarowej i in.
dotykać
N a leży
ściśle przestrzegać zaleceń
ności według
nauczyciela
regulaminu 1 wykonywać czyninstrukcji pisemnych lub ustnych, udzielanych przez
prowadzącego ćwiczenia.
Rozdział
li
BADANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH METALI
W!A00!'10śCI WSTĘPNE
W praktycznym stosowaniu tworzyw niezbędna jest znajomość ich różnorodnych własności, zależnych od bardzo wielu czynnikóTvv, jak rodzaj tworzywa i technologia jego wytwarzania, obróbka cieplna, kształt części, kierunek i rodząj obciążenia. Materiały pod wpływem obciążenia wykazują trzy główne rodzaje własno ści, a mianowicie: sprężystość, plastyczność i wytrzymałość. Pod działaniem obciążenia materiał ulega odkształceniu (deformacji). Jeżeli po ustaniu obciążenia materiał wraca do pierwotnego kształtu i wymiarów, mówimy że odkształcenie jest sp1·ęży ste. Po przekroczeniu pewnego granicznego obciążenia wystqpują jednak odlr..ształcenia trwałe, które nie znikają po ustaniu obcią żenia. Tę zdolność do utrzymania odkształceń nazywamy plastycznością. Mówimy, ze materiały plastyczne są ciągliwe w przeciwieństwie do materiałów nie mających własności plastycznych, które nazywamy kruchymi, jakkolwiek i ciała kruche wykazują nieznaczną plastyczność. Czasem przez zmianę warunków (ciśnie nie, temperatura) materiały plastyczne stają się kruche i na odvvrót - nie ma więc zupełnie ścisłego rozgraniczenia między materiałami ciągliwymi i kruchymi. Najważniejszymi własnościami decydującymi
o praktycznych za~tosowaniach tworzyw są ich własności wytrzymałościowe, przez które rozumie się zdolność materiału do przenoszenia obciążeń 11
do pe,,rnych granicznych wartości, po przekroczeniu których materiał ulega zniszczeniu. Tę graniczną wartość nazywa się wytrzy- · małością. W obliczeniach przitkrojów element ów konstrukcyjnych i ich innych wymiarów stosuje się t ak zwan e naprężenia dopuszczalne, które uwzgl
n
naprężenie
w ktorym: k -
wytrzymałość,
R n -
współczynnik pewności,
nikiem Celem badail
dopuszczalne, zwany
także współczyn-
bezpieczeństwa.
wytrzymałościowych
jest
określenie wartości włas
ności wytrzymałosciowych materiałów
lub ich zmian, jak rów·· nież zmiany wymiarów i kształtów próbek przy obciążeniach, jakim je poddajemy. Rozróżnia się obciążenia statyczne i dynamiczne. Obciązenia statyczne występują wtedy, gdy na materiał działają siły stałe lub zmieniające się bardzo powoli; obciążenie dy-· namicznc wyst~puje wówczas, gdy na tworzywo zadzi~ła siła nagle i krótkotrwale. Obciążenie zmienne ch arakteryzuje się zmianą działających sił za.równo co do ich wartości, jak i co do kierunku. Vlszystkie wymienione obciążenia mogą występować jako ro~.ciągające , ściskające, zginające i skręcające. Własności mechaniczne tworzyw metalowych bada się obecnie (w zależnośc: od ich warunków zastosowania): w temperaturach otoczenia, w niskich temperaturach i w temperaturach podwyższonych. Odcin-ki pr óbne do badań własności mechanicznych stalowych wyrobów hutniczych pobiera si~ według normy PN-75/H- 04308 *. Często
na podstawie wyników badań jednych własności można wnioskować o innych; jest to szczególnie istotne, gdy pobranie próbki z gotowej części spowoduje zniszczenie tej części. Korzystając np. z doświadczalnych zależności można w pewnych wypadkach zastąpić niszczącą próbę rozciągania - badaniem twardości;
* Dane ahtualne
w chwili druku. Sprawdzić w książce normy.
każdej powołanej
12.
aktualność
przed stosowaniem
na podstawie otrzymanych wyników twardości (np. Brinella) można określić w przybliżeniu wytrzymałość na rozciąganie. Celem ćwiczeń zawartych w niniejszym rozdziale jest zaznajonnenie uczn.iów z met,1dami wykonywania naj ważniejszych rod zajów badań wytrzymałościowych metali. \V ćwiczeniach tych występują jednostki miar nGleżqce do układu SI: jednostki siły niuton N (1 N=l kg • m/s2) i kiloniuton (1 kN=lOOO N), jednostki naprężenia : paskal Pa (1 Pa=l N/m2), kilopaskal (1 kPa= = 1OOO Pa) i megapaskal (1 MPa= 1 OOO OOO Pa).
Ćwiczenie
ll.1
WYZNACZANI~ WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA
l. Ceł ćwicze:-lia: poznanie sposobów wyznaczarna współczynni ków tarcia statycznego i kinetycznego; we wnioskach nawiąza
nie do takich tematów, jak: działanie hamulców, straty mecharuczne i zużycie materiału współpracujących części maszyn, a także znaczenie smarowania. 2.
\Vyposażenie:
równia pozioma (CEZAS), klocek drev,;niany statyw z ruchomym ramieniem oraz odpowiednia deseczka lub równia pochyła dwie deseczki połączone zawiasami, szalki z odw ażni kami, przymiar milimetrowy, tablice matematyczne, suwak logarytmiczny (kalkulator). o wymiarach 30X80X10 mm, równia pochyła -
3.
Wiadomości uzupełniające
Tarcie jest zjawiskiem fizycznym występującym przy zmianie położenia względem siebie dwóch stykających się ciał stałych . Rozróżnia się tarcie statyczne i kinetyczne. Zjawisko tarcia jest określone liczbowo siłą tarcia i współczynnikiem tarcia. Tarcie statyczne występuje wówczas, gdy prędkość względna ciał stykających się jest równa zeru. Dla wprawienia ciała w ruch potrzebna jest wtedy siła graniczna F g, odpowiadająca co do wartości granicznej sile tarcia T, lecz skierowana przeciwnie. Doświad13
a)
G Rys. II-1.
Siła
tar cia: a) na
płaszczyźnie
poziomej, b) na równi
p ochyle j
czalnie stwierdzono, że siła tarcia T jest wprost proporcjonalna do r eakcji normalnej N (rys. II-la)
T=t..' ·N stąd
T µ =-
N
\Vspółczynnik
proporcjonalności
nosi nazwę współczynnika tarcia statycznego. Wypadkowa R siły tarcia i r eakcji normaln e j N tworzy z reakcją normalną N kąt p, zwany kqtem tarcia µ
T
µ = - = - tgQ N
Zatem współczynnik tarcia µ jest równy tangensowi kąta tarcia q w chwili równowagi granicznej . Stan równowagi można zilustrować na równi pochyłej (rys. II-lb ). Na ciało o ciężarze G działa reakcja normalna podłoża N, równa co do wartości składowej normalnej Gn, oraz siła tarcia T i siła F o wartości potrzebnej do zapobieżenia zsuwania się ciała z ró\vn1 (w położeniu równowagi suma sił F i T jest równa składowe] Gt siły G). Z wieloboku sił, który jest trójk ątem prostokątnym, \vynikają zależności
F+ T
.
c;- = sm a
14
oraz
N
- = cos a G
stąd
F=G·.sin a-T oraz N=G·cos a a więc T=µ·G· cos a czyli F=G·sin a-µ·G·cos a=G·(sin a- µ·cosa} Jeżeli siła tarcia wystarcza, aby zapewnić równowa gę ciała na równi, wówczas siła F musi być równa O. Czyli warunkiem równowagi na równi , kiedy wystąpi samohamowność, jest G·(sin a- µ ·cos a) = O
Aby warunek ten
był spełniony,
musi
nastąpi ć równość
sin a-,u ·cos a=O
sina cosa
µ = - - = tga
czyli Ponieważ
µ=t g a, zate1n 'r ównia jest samohamowna, gdy tg a~ ~tg Q. Nierówność ta jest spełniona dla a~{!, czyli gdy kąt pochylenia r ówni a jest mni eJszy od kąta tarcia e lub co najwyżej mu równy.
Z tarciem kinetycznym mamy do czynienia wtedy, gdy siła F=Fv i jedno ciało zaczyna się po drugim przesuwać ruchem jednostajn ym, przy czym wartość liczbowa siły tarcia kinetycznego Tk jest mni e jsza od granicznej wartości siły T . Ponieważ współczynni k tarcia kinetycznego µk jest stosunkiem siły tarcia T10 działające j w czasie ruchu, do składowej normalnej N
zatem µk ruchu.
< µ.
4. Przebieg
Współczynnik f t k
jest
z ależny także
od
prędkości
ćwiczenia·
· lc•ndyc:zn~ W yzn.aczenie współczynni ka tm·cia statycznego: za pomocą statywu z ruchomym ramieniem i l istwy (lub ruchomego ramienia umocowanego n a zawiasie) zmontować równj ę pochyłą , na równi tej uło żyć klocek (rys. Il-1 b), - pr:tesuwaj ąc ruchome ramię statywu zmienia ć położenie równ i (kąt a ) a ż do mom entu, gdy klocek zacznie się przesuwać ,
15
-
-
w momencie rozpoczącia ruchu zmierzyć wysokość równi h i długo~ć jej podstawy b, wymie:.i10ne czynności wykonać dla różnych materiałów (listwy i klocka) oraz różnych chropowatości powierzchni (np. po cię ciu piłką i wygładzeniu papierem ściernym), wyniki pomiarów ująć w tabelce.
. k~e.f't;f;f!O . yznaczeme wspo'ł czynni"k a tarcia metycznego: - na równi poziomej (metalowej) ułożyć klocek drewniany o gładko obrobionej powierzchni z przymocowanymi linkami, na których końcach znajdują się szalki (rys. 11-2). W
Llnxa
T
Rys. II-2. Schemat do pomiaru siłę
współczynnika
tarcia
tarcia klocka z obciążeniem równoważyć układanymi na szalce obciążnikami (warunek: ponieważ mamy wyznaczyć współczynnik tarcia kinetycznego, należy rozpatrywać układ w ruchu, przy czym do obliczeń za wartość T przyjmuje się najmniejsze obciążenie szalki, przy którym ciało już nie jest hamowane przez siłę tarcia, tj. porusza się ruchem jednostajnym, pomiary wykonać przy różnych obciążeniach; znając ciężar klocka obliczać każdorazowo ciężar całkowity Q oraz siłę tarcia T,
16
-
wyniki
wpisać
do tabelki, klocek na drugą stronę (o powierzchni chropowatej) powtórzyć wyżej wymienione czynności. odwracając
5. Uwagi do sprawozdania: -
Wykonać
szkice urządzeń. obliczenia wg danych zebranych w tabelce. Opracować wnioski. Wykonać
Ćwiczenie
11.2
DZIAlANIE I OBStUGA ZRYWARKI - DOBOR PROBEK
1. Cel ćwiczenia: poznanie budowy, działania, konserwacji i sprawdzania maszyn do prób rozciągania; przygotowanie próbek oraz poznanie kształtu i sposobów ich zamocowywania w uchwytach zrywarek (PN-71/H-04310 oraz PN-64/H-04313).
maszyna wytrzymałościowa-zrywarka, siłomierz (dynamometr) kontrolny; próbki do zrywania. Dane techniczne zrywarki: typ Zd-10 (100 kN) produkcja NRD, zakład WPM Lipsk. Zakres pomiarowy 10-7-100 kN. Pomiar siły- siłomierzem zaopatrzonym w urządzenie rejestrujące. Błąd graniczny ± 1°/o. Maszyna jest wyposażona w kompletne urządze nia do prób ścis·frnnia i zginania oraz do niektórych prób technologicznych. 2.
3.
Wyposażenie:
Wiadomości uzupełniające
na rozciąganie stosuje się obecnie uniwersalne maszyny, na których - prócz rozciąga nia - można przeprowadzać badania ściskania, zginania, a nieraz róv;:nież ścinania oraz. pewne próby technologiczne. Maszyny wytrzymałościowe mają napęd mechaniczny lub hydrauliczny. Do prób
wytrzymałościowych
przeważnie
2-
Pracownia techniczna dla techn.
17
,
Każda
maszyna do zrywan ia
składa ::>i~
z trzech
głównych czę
sc:i: 1) rr.imy z ucłnvytami próbek, 2) mecha11izmu napędowego,
3)
przyrządów
pomiarowych i
re jestr ujący ch
wskazania.
R<:.ma skła d a się z dwu części: ruchorncJ i stałej . Przy napędzi e mech anicznym ruchoma rama jest napędzana za pośrednictwem śruby, której ruch obrotow y jest przekształcan y z użyciem na krętki na ruch postępowy r amy. Sruba, poprzez przekładnię mechaniczną, jest napędzana bąd ź ręcznie, bądź za pomocą silnika. W maszynach hydraulicznych ruch ramy odbywa się pod wpływem ciśnienia oleju na połączo ny z ramą tłok . Olej jest tłoczony przez pompę napędzaną najczęście j silnikiem elektrycznym. Część nieruchoma maszyny jest umocowana na f undamencie. Wartość siły rozciąga jącej wyraża siG wzorem
F=p·At
N
,
w którym: p - ciśnienie oleju, Pa, At - powierzchnia tłoka , m 2 . Pomrnru siły dokonuje się za pomocą odpowiednio wyskalowanego inanometru lub, częściej, z użyciem dynamometru wahadł o wego. Rys. II-3a przedstawia schemat maszyny wytrzymałościo wej uniwersalnej o napędzie hydraulicznym, z siłomierzem wahadłowym. Próbkę 1 do rozciąga nia mocuje się w uchwytach 2. Śrubą · 5 ustala się położenie głowicy uchwytowej dolnej. Przez otwe>rcie odpowiedniego zaworu tłoczy się olej pod tłok 6, który za pośrednictwem górnej poprzeczki i cięgien 7 oddziałuje na górną głowicę uchwytową. Ściskanie odbywa się między płyta mi 3, zginanie zaś - po oparciu próbki na podporach 4 - z uży ciem odpowiedniego trzpienia. Przestrzeń cylindra roboczego jest połączona przewodem z przestrzenią cylindra pomiarowego 8. Tłok pomiarowy 9 poprzez dźwignię z wahadłem oddziałuje na ZGbatkę 10, która przesuwając się powoduje obrót wskazówki 11 , wyznaczającej na podziałce wartość działaj ~cego obciążenia.
Maszyny wytrzymałościowe są dzenia rejestrujące. Wydłużaniu 18
najczęściej wyposażone
urz ą
się
obro~
w próbki towarzyszy ruch
•
fl
b)
Rys. II-3. Uniwersalna maszyna wytrzyma ło ściowa: schemat maszyny, b) schemat urządzenia samopiszą cego [ll]
a)
próbka, z - uchwyty, 3 - pl)'ty do próby ściskania, 4 p odpory do zginania, 5 - śruba , 5 - Uok, 7 - ctęgna, 8 - cylinder pomi a rowy, 9 tłok pomiarowy, JO zęootka , Jl J -
wc;k1 1ów ł{a
„
z nałożoną nań kartką papieru. Połąc~ony z wskazówką 11 pisak J2 (rys. II-3b) kreśli na kartce wykres, którego rzędne w każdym punkcie są proporicjonalne do wartości siły działającej na próbkę. \V ten sposób otrzymuje się wykres rozciągania próbki aż do jej zerwania, przedstawiający zależność ·wydłużenia od obciążenia.
towy
bębenka
Próbki są mocowane w uchwytach zbudowanych w różny sposób. Może to być zaciskający się zespół klinów szczękowych lub pierścieni dzielonych układanych w pierścien iu niedzielonym, może to być wreszcie uchwyt gwintowy lub inny. Części uchwytowe próbek muszą mieć kształt i wymiary odpowiednie do uchwytów zrywarki. Nowoczesne maszyny umozliwiają zmfanę zakresów obciążeń, np. maszyna 100 kN może być nastawiona zarówno na maksymalne obciążenie, jak i na obciążenie 1, 2, 5, 10, i 50 kN. Odpowiedni zakres dobiera się, obliczając wstępnie maksymalną siłę rozrywającą Fm wg wzoru Fm=S 0
•
Rm
1
I
przekrój próbki materiału badanego, Rm - orientacyjna wartość wytrzymałości pa ganie materiału.
w którym: S 0
-
rozcią-
Wartość
Fm powinna mieścić się między 60 a 100°/o zakresu pomiarowego dynamometru.
Dla zapewnienia odpowiedniej dokładności pormarów maszyna wytrzymałościowa musi być ustawiona w pomieszczeniu ogrzewanym, o temperaturze ok. 20°C. W pomieszczeniu, w któr..ym maszyna jest ustawiona, należy zachować czystość. Elementy lakierowane powim1y być oczyszczone z kurzu, części współpracu jące ze sobą należy smarować. Po zainstalowaniu maszyny należy ją zgłosić do legalizacji w Okrqgowym Urzędzie Tuliar. Przed zgłoszeniem należy spr~wdz.ić działanie uchwytów do próbek rozciąganych. Płyty do prób ści skania i zginania powinny zapevmiać osiowość obciążeni~; błąd płaskości ich powierzchni nie może przekraczać 50 1.t.m/50 mm. Urządzenie do prób zginania powinno mieć ~vymiar;r ?Qdpór 20
i trzpiP.!li zgodne z PX-78/H-04408. Mechanizm
obciążający próbkę
pov;inicn zapewniać możliwość regulacji pr~dkości wzrostu obciążenia i odkształcenia. Wskazówka siłomierza powinna wykazywać zmiany obciążeń bez opóźnień lub przyspieszeń. Sredni błąd wskazań siłomierza może wynosić max :t 1°/o. Szczegółowego sprawdzenia maszyn wytrzymałościowych należy dokonvwać w oparciu o PN-64/H-04313. ~
'
4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdzić
maszyny - skontrolować obcią żniki i zrównoważyć je przez uruchomienie maszyny luzem, nastawiając wskazówkę na zero; sprawdzić wskazania siłomie zakres
rza maszyny -
obciążenia
siłomierzem kontroln~
m zamocowanym w uchwy-
tach próbek. Założyć papier na bęben i wykonać osie współrzędnych przez przesunięcie pisaka. Sprawdzić uchwyty i zamocować w nich próbki uprzednio dobran<> i oznakmvane (ocechowane).
5. Uwagi do sprawozdania: Narysować
schemat zrywarki, na której mają być wykonane próby oraz opisać sposób jej ,uruchamiania i zmiany zakresu
obciążenia.
\Vykonać
Ćwiczenie
rysunek techniczny próbki.
11.3
BADANIE WYTRZYMAtOSCI NA ROZCIĄGANIE
1. Cel ćwiczenia: poznanie własności mechanicznych niektórych metali przez wyznaczenie granicy proporcjonalności, plastyczności, wytrzymałości, jak również wydJużenia i przewężenia badanych prób€k.
2. \Vyposażenie: maszyna wytrzymałościowa, próbki wykonane v.g PN-71/H-04310 (rys. II-4), sk::\larka t:y-p 102.
21
2,5
L
m
li
.~..IW
"-~~~~---'Lt,___~~~~~-
m
m
Tiys. II-4. Ks ztałty i wymiary próbe k n.a rozciąganie: a) próbka okrągła z główkami do uch·„vytów pierśc ieniowych, b) próbka okrąg ła z g?ówkami do chwyta nia w szczęki, c) próbk a o krągła z główkami gwintow an ymi [111
3.
Wiado mości uzupełniające
Wytrzymałością
nazywa się naprężenie rozciąga jące odpowiadające największej sile rozciągającej Fm, uzyskane j w czasje przeprowadzania próby rozciągania, odniesionej do pierwotnego przekroju poprzecznego S0 próbki. Za pomocą urządze nia piszącego zrywarki otrzymuje się wykres przebiegu próby. Wykres ten umożliwia wyznaczenie charakterystycznych punktów występujących w próbie rozciągania . Rys. II-5 przedstawia t aki właśnie wykres sporządzony dla stali o małej zawartości węgla. Do punktu H wydłużenia próbki są wprost proporcjonalne do obciążeń (zgodnie z prawem Hooke'a). Do punktu S inateria ł zachowuje swą sprężystość . Od punktu S do En wydłużenie \vzrasta szybciej niż obciążenie. Po osiągnięciu punktu En aż do punktu EL występuje wyraźny wzriost wydłużenia próbki przy równoczesnym spadku obciążenia (materiał „płynie") . Dalszemu wydłużeniu próbki aż do punktu 1\.1 towarzyszy pewien wzrost obciążenia. Siła Fm odpowiadająca temu punktowi jest największym obciążeniem uzyskiwanym w czasie próby. Po przekrocz.e niu punktu M zmienia się charakter wydłużenia. Poprzednio wydłu zała się cała próbka. Teraz próbka przewęża się tylko w jednym
22
na
rozciąganie
C)rn
"'
~''\.l
' )
u,~ .
J
J
...... .~
.,.,,~
.g ~
~
~
~
I
I -:- I
~ li:
::t:
i..::
I
I
i
.L
I
l
l
-~
l
t
t mm
WydTUŻPfliP f;l
Rys. II-5. Wykres rozc4\gania stali o ma lej za war t o ś ci węgl a (11]
Rys. II- 6. Po\vsta wam.:! szyjki w próbce [ ll]
mieJscu; tworzy sLę „szyjka" (rys. II-6a). Odkształcenie zachodzi przy coraz mniejszym obciążeniu, aż ·wreszcie nastQpuje zerwanie próbki w mie jscu przewężenia (r ys. II- 6b ). Stosunek
siły
F 3 do
początkowego
przekroju S 0 próbki nazywa
się granicą proporcjona lności.
Po przekroczeniu tego wu Hooke'a . Stosunek ści (dolną
Stosunek
siły FeL
i
naprężenia materiał
(lub Fen ) do S 0 n azywa
me podlega
się granicą
już
p ra-
pLa styczrw-
górną).
siły
Fm do S 0 jest
wytrzymałośc'ią (doraźną)
na
rozctą
gcmi e materiału badanego
Fm
So
Stosunek
siły
Fu do Su jest
naprężeniem rozrywającym
gdzie S u jest przek.roJem poprzecznym próbki w miejscu żenia w ch wili rozerwania (rys. II-6b).
przewę
23
W celu zapewnienia jednoznaczności określenia granicy plastyczności wprowadzono pojęcie umownej g1'anicy plastyczności R 0, 2 • Jest to naprężenie wywołujące w próbce wydłużenie trwałe umowne równe 0,2°/ o długości pomiarowej próbki F R0,2 =~ s o
W
za1eżności
się między
od materiału próbki otrzymane wykresy sobą (rys. II-7).
różnią
F 1'1osiqdz
'Żeliwo,
łany.
stal hart.
/Jrqzy Wydrużenie Al
Rys. JI-7. Wykresy
rozciągania
dla
różnych
metali [11)
Po zerwaniu próbkę należy złożyć i zmierzyć. Stosunek przyrostu długości pomiarowej próbki do jej długości początkowej, wyrażony w 0/ 0 , nazywa się wydłużeniem względnym A.
A= gdzie: L 0 Lu -
L U-LO LO
· 100%
długość początkowa długość
próbki, pomiar.o wa po zerwaniu.
Ze względu na kłopotliwy pomiar próbki po zerwaniu wprowadz'ono pojęcie wydłużenia równomie1·nego Ar Ar =
gdzie: d 0 dr -
średnica początkowa
próbki, próbki po zerwaniu, mierzona w połowie odległość między miejscem zerwania i końcem dłu gości pomiarowej na dłuższej części próbki.
średnica
Wprowadzono 24
d2-d2 o d2 r . 1OO% , r
również pojęcie przewężenia
Z. Jest to zmniejsze-
nie polu powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu rozerwania, odniesione do pola przekroju początkowego
z Dla próbki
okrągłej
-=-
s -s o
SO
u •
przewężenie
Z=
d2-d2 o u
d2o
100%
Z
jest
określone
wzorem
· 1000/o
Z = [1-(~)'] ·100% gdzie du 4. Przebieg
średnica
przekroju poprzecznego próbki po
zerw aniu~
ćwiczenia
Wyznaczyć
-
wymiary próbek. W przypadku próbek okrągłych zmierzyć ich średnice (w dwu lub trzech miejscach na dłu gości pomiarowej) i obliczyć wartość średnią, przy czym rozrzut wyników nie może przekraczać granic dopuszczonych normą PN-71/H-04310. Po wyznaczeniu wymiarów próbek naciąć na nich za pomocą przyrządu podziałowego kreski, bardzo płytkie, aby nie wystąpiło zjawisko karbu (na próbkach o małych średnicach kreski wykonuje się ołówkiem lub tuszem). Następnie określić orientacyjny zakres p-ywarki, dobrać obciążnik~ lub odpowiedni siłomierz sprGżynowy oraz sprawdzić skalę pomiarową i
urządzenia rejestrujące.
Zamocować próbkę
-
w uchwycie. Trzeba tu pamiętać o pręd kości rozciągania, która wg norm do momentu osiągnięcia granicy plastyczności nie może przekraczać 4 mm/min, a powyżej tej granicy nie może być wię ksza od 20 mm/min. Po zerwaniu próbkę wyjąć z uchwytów i dokonać potrzebnych pomiarów. Następnie przystąpić do analizy wykresu i niezbędnych obliczeń. Należy jeszcze zwrócić uwagę na przełom, na podstawie którego można wnioskować o budowie wewnętrz nej, przeróbce i obróbce cieplnej, a tak:Ge o obecności niektórych wad i zanieczyszczeń. 25
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
krótko przebieg próby. wykres i wyniki porniaróv„·. Załączyć szkice próbki po zerwaniu. Wykonać odpowiednie obliczenia. Zestawić wyniki próby i podać w nioski. Za łączyć
Ćwiczenie
11.4
BADANIE WYTRZVMAtOśCI NA śCISKANIE
l. Cel ćwic zeni a: zapoznanie sic~ z przebiegiem próby na ściska
nie oraz
wielkości ami wys tępu j qcymi
podczas jej prze biegu.
2. 'Wyposażenie: maszyna wytr zymałośc io wa , próbka ze stali stopowej, mikrometr, skalarka, papier milimetrowy, suwak logar ytmiczny, norma PN-57/H-04320.
3.
Wiadomoś ci uzupełniające
Prób ę wytrzymałościową na ści skanie (rys. II-8) przeprowadza na zrywarce uniwersalnej lub prasie wytrzymałościowej.
s1ę
WydTuimie -L1f
Rys. II-8. Wykres stali i żeliwa [11]
26
ściska nia
Pod wpływem ściskan ia próbka ulega zniszczeniu (materiały kruche) lub - przybierając kształt beczki - zostaje spłaszczona (materiały plastyczne). Ponieważ zamiast 'h-ydłużenia próbki otrzymujemy skrócenie, traktujemy je umownie jako wydłużenie ujemne. Podc1..as
ściskania materiałów
występują
punkty odpowiadające granicom proporcjonalności, sprężystości i plastyczności, nie występują natomiast punkty, które by odpowiadały naprężeniu niszcz ącemu, bowiem próbka taka ulega jedynie spłaszczcniu. granicy plastyczności, powstają znaczne slcrócenia próbki bez wzrostu obciążenia. Stan ten maż.na stwierdzić o bsenvując ruch wskazówki siłomierza lub na podstawie wykres u. Stosunek obciążenia Fptc do pierwotnego pola przekroju poprzecznego próbki So nazywa się wyraźną granicą p tcwtyczności przy sciskaniu Przy
obciążeniu
plastycznych
Fvic.
odpowiadającym
Fptc
R[llC -=
SO
Dla metali ciągliwych nie ' wykazujących wyraźnej grarucy plastyczności wyznacza się (wg tzw. próby ścisłej) umowną gram.cę pl astyczności wg wzoru
'
I
gdzie Fo,! jest obc1ą że me m powodującym trwale skrócenie pr óbki o 0,2°/o jej począ tkowe) długości, oraz umow ną granicę sprężystości wg wzotu R
__ F c o,01
c O,Ol
S (,>
gdzie F co, 01 jest obciążeniem powodującym trwałe skrócenie próbki o 0,01 jej początkowej długości; Podczas próby ściskania materiałów kruchych nastGpuje zniszczenie próbki. Stosunek siły ~ciskaj ącej powodującej zniszczenie 27
próbki do pola S 0 pierwotnego przekroju poprzecznego próbki jest wytrzyma.tością (do1 aźną) na ściskanie
4. Przebieg cwiczenia
-
-
Przed
rozpeczęciem
próby ściskania zmierzyć dokładnie śred nic ~ próbki mikrometrem i za po!nocą s.kalarki narysowac na próbce kreski w odległościach 5 mm. Obliczyć pole przekroju poprzecznego próbki oraz określić przewidywaną wytrzymałość Re na ściskanie (dla materiałów kruchych) lub Rp1 ~ 0 , 2 (dla materiałów ciągliwych) . Określić potrzebny zakres pomiarowy siłomierza. Uwaga. Zmiana zakresu siłomierza w czasie wbściwej pr.óby jest niedopuszczalna. Próbkę umieścić między płytami (rys. II-9) i docisnąć.
Rys. II-9. ściskanie próbki cyl indrycznej (111 Ustawić
mechanizm posuwu na
określoną prędkość i rozpocząć
prób~. Obser-..,.,,·ując pocziułkQ siłomierza odnotować siły
F c, F ple lub
Fo,2·
-
-
28
Po wyst;.wicniu pierwszych pęknięć na próbce wyłączyć pras~ i odczytać na podziałce siłomierza maksymalną siłę niszczącą Fe. Obliczyć wartość Re, Rpic lub Rpic 0,2. Narysować wykres próby. Prób~ wykonać z użyciem próbek ze stali twardej (np. korLstrukcyjnej, o średniej zawartości węgla, uprzednio zahartowanej) i z żeliwa szarego.
tło
5. Uwagi
-
Opisać
sprawozdania:
przebieg próby.
Określić
wielkośc1
~ara:kterystycz1;e
wys~~puj ące
przy
ści-
skaniu. -
Wyjaśnić różnicę pomiędzy r róbą śc~kama
chwili
-
prz~kroczenia
granicy
a
wnioski wynikaj ące z próby dla stali i dk żeliwa szarego.
BADANIE
od
plastyczności.
Podać
Ćwiczenie
ro.:~;ągania
z:lhanuwar~j
11.5
WVTRZVMAŁOSCI
NA
śCINANIE
1. Cel ćwiczenia: wyznaczenie wytrzymałości na scmanie Rt. 2. Wyposażenie: urządzenie do przeprowadzania próby ścinania siłami rozciągającymi, maszyna do badania wytrzymałości na rozciąganie, próbki, PN-68/H-04321. 3.
Wiadomości uzupełniające
Próbq ścir1ania materiału przeprowadza się na urządzeniu, które Ścina materiał równocześnie w dwóch przekrojach próbki metalowej o przekroju okrągłym. Na rys. II-lOa ścinanie odbywa się w przekrojach S 1 i S 2, prostopadłych do osi wzdłużnej próbki.
,
Próbkę
1 (rys. II-10b) umieszcza siq w
urządzeniu ścina jącym,
które poddaje się działaniu siły tnącej F. Próbka ulega ścięciu {.la skutek przesuwania się płytki ślizgowej 2 w korpusie 3. W korpusie i płytce ślizgowej znajdują siQ otwory o jednakowej średnicy D. W otworach korpusu są osadzone wkładki 4, ustalające położenie próbki 1. W pfytce ślizgowej 2 jest zamocowana wkładka 5. śruby dociskowe 6 służą do mocowania wkładek ustalających 4. Pod wpływem działającej na badaną próbkę siły ści nającej próbka ulega zniszczeniu. Całe urządzenie ścinające
jest zamocowane na maszynie do badania wytrzymałości na rozciąganie lub ściskanie (możliwe jest równ1eż zastosowanie maszyny do prób ściskania - wtedy jednak
29
a)
F/z
F/2
F
F Rys. II-10. ścinanie próbek: a) schemat ścinania b) urządzenie do próby ścinania l ki,
próbka, Z -
s-
wkładka
płyta ślizgowa, 3 płytki
ślizgowej,
korpus, 4 - wkład śruby dociskowe
6 -
potrzebne jest inne urządzenie mocujące). Luzy pomiędzy korpusem a płytką lub między wkładkami ustalającymi a wkładką ścinającą powinny wynosić przy ścinaniu próbek o średni cy (/) 0,270,8 nun najwyżej 0,05 mm, natomiast dla średnic więk szych - najwyżej 0,10 mm. Wymiary wkładek ustalających i ścinających podane są w normie PN-68/H-04321. Próbki powinny być pobierane z materiału w sposób nie · powodujący zmian ich struktury i własności mechanicznych. 4. Przebieg -
ćwiczenia
Próbę ścinania przeprowadzić w
temperaturze otoczenia, lecz
nie mniejszej niż 10° C. - -
30
Zamocować urządzenia i ustawić próbkę . Przy prawidłowym zamocov•aniu urządzenia do badania wytrzymałości na ścina nie między wkładkami ustalającymi a wkładką ścinającą nie powinno występować tarcie: przy jałowym biegu maszyny (przed wstawieniem próbki) wskazanie siłomierza powinno by_ niezmienne.
Próbkę wstawić
poziomo do otworu we wkładkach obudowy Włączyć zrywarkę; prędkość ścinania powinna być utrzymywana w granicach 2+10 mm/min (przy badaniu \.vyrobów o małej średnicy lub małej twardości zaleca się stosowanie więk szej prędkości ścinania, a przy średnicach większych i więk szej twardości - mniejszą prędkość, ale w granicach podanego zakresu). Uwaga. Przyrost obciążenia powinien być równomierny. Po ścięciu próbki wyłączyć zrywarkę, odczytać wartość siły na siłomierzu zrywarki i obliczyć wytrzymałość na ścinanie • według wzoru R = - - F_ _ t 2 . :i . d2 4
2F ;i •
di
maksymalna siła ścinająca, d - średnica badanej prób ki. Wytrzymałość na ścinanie należy podać z dokładnością do 5 MPa.
w któr ym: F -
5. Uwagi do sprawozdania: Załączyć
krótki opis pr óby. na ścinanie . Podać uwagi dotyczące wyglądu zewnętrznego powierzchni pr óbki oraz przełomu (naderwania, pęknięcia, porowatości, wtrącenia niemetaliczne itp.). Próbę na leży przeprowadzi(: dla różnych materiałów i porównać wyniki. · Obliczyć v.rytrzymałość
-
-
Ćwiczenie
BADANIE
1. Cel
11.6
WVTRZVMAtOśCI
ćwiczenia.
stępujących
NA ZGINANIE
wyznaczenie ch arakterystycznych przy zginaniu.
wielkości wy~
2. Wyposażenie : maszyna wytrzymałościowa, dwie podpory nastawne, trzpień naciskający, próbka okrągła o stałym przekroj11, 31
<:zujnik do pomiaru strzałki miczny, PN-75/H-83109. 3.
ugięcia,
suwmiarka, suwak logaryt-
Wiadomości uzupełniające I
Próbę
na zginanie przeprowadza
się najczęściej
na próbkach z matej próbie otrzymuje się nieco więcej danych o badanym materiale niż przy próbie na rozciąganie. Norma PN-75/H-831 09 zawiera dane dotyczące próby statycznej zginania żeliwa szarego. Zgodnie z tą normą próbki wykonuje się z prętów próbnych odlanych wg PN-63/H-83106, z wycinków próbnych pobranych ze ścianek odlewów lub z próbek przelanych. Próbki wykonuje się w w ymiarach wg poniż.szej tablicy teriałów charakteryzujących się małą plastycznością. Dzięki
. !
Nr
do mm
próbki
I
lo mm
min mm
I
1
10
220
\ 200
2
13
310
260
3
20
450
400
4
30
650
600
' 5
45
1000
900
'
'
'
-
'
Podczas próby zginania mate-riału można określić: umowną wytrzymałość na zginanie Rg, strzałkę u'gięcia f pod obciążeniem F 0 (gdzie F 0 - największa siła obciążająca uzyskana w czasie próby zginania) oraz moduł sprężystości podłużnej E.
32
Rys. II-11. Zginanie próbki jedną siłą zewnętrzną
,
,
F
'
j
F
[li
2 I
'f
l
I
~rc.11111111111111111 1111111111111111
I
Na rysunku II-11 przedstawiono najprostszy schemat zginania pręta oraz wykresy sil poprzecznych (tnących) i momentu zginającego. N aj większy moment zginający dla próbki ustawionej na dwu podporach w odległości Zo i obciążonej w śr'Odku siłą F g wynosi
. '
Naprężenia zginające
w
środku
próbki
wyrażają się
wzorem
M
w którym: Wg -
w~kaźnik
kołowego
g
=--g
w
g
\
przekroju na zginanie; dla przekroju o średnicy d 0 wynosi on
n· d,,3 W = - - - m m3 g
3 - Pracownia techniczna dla techn.
32
33
.lcśl1
zc1 Mi, pr1yjmH·my wartość maksymalnego momentu zgina-
Jqc:ego osiqgnncgo przy próbie zginania (odpowiadającego maksymalnemu obciążeniu F'g), wówczas wartość naprężeń wyra:iJona wzorem Mg 8Fg·l0 Fg.·l 0 ag=Rg= W = . d3 =2,55 aso g n o
jest umowną wytrzymałością materiału próbki na zginanie. Symbol Zo oznacza tu długość pomiarową próbki, czyli odległość mię dzy podporami. W czasie próby można również wyznaczyć N aj większy moment zginający ma wartość
Wartość
liczbowa
strzałki ugięcia
próbki zginanej jest uzależnio wartość strzałki ugięcia przy określo
na od obciążenia F 9 • Znając nym obciążeniu można wyznaczyć moduł nej E ma teriału , posługując się wzorem E=
4. Przebieg
strzałkę ugięcia .
F
a
48.
spr ężystośc i
. Z3
f .J
ćwiczenia
~ Ułożyć próbkę
-
na dwu podporach. czujnik. Ołlciążyć próbkę silą F . Zmierzyć wstępne niewielkie ugięcie f pod działaniem siły F za pomocą czujnika ustawionego na stole prasy. Po zmierzeniu strzałki ugięcia czujnik odsunąć. . Obciążać dalej próbkę aż do chwili ukazania się pierwszego Podstawić
pod
podpartą próbkę
pęk_nięcia; odczytać wartość siły
-
34
podłuż
F g·
Odciążyć próbkę.
Obliczyć M 9 , W g, R 9 , E, zmierzyć k ąt zgięcia. Próbę przeprowadzić
dla próbek stalowej i
żeliwnej.
5. Uwagi cl.o sprawozdania: -
Opisać
Podać Jeżeli
przebieg badania na zginanie próbki żeliwneJ. kąt zgięcia, określić wygląd powierzchni zgięcia. próbka wykazała pęknięcie, określić kąt, przy którym
powstało pęknięcie.
\
-
Opisać Ustalić
Ćwiczen i e , BADANIE
1. Cel
przebieg wnioski.
badań
próbki stalowej
11.7
UDARNOŚCI MŁOTEM
ćwiczenia:
CHARPV'EGO
zapoznanie
się
z przebiegiem próby
udarności.
2. Wypo sażenie: młot Charpy'ego, mikrometr lub inny przyrząd umożliwiający pomiar z dokładno~cią do 0,05 mm, termometr do mierzenia temperatury otoczenia, próbki do badania udarności, P N-79/ij-04370.
3.
Wiadomości uzupełniające
Młot wahadłowy
systemu Charpy (czyt. Szarpi) - rys. II-13 składa się z następujących części: wahadła, którego oś osadz-0na jest na łożysku w stojaku, podpór, na których opiera się próbka (odległość mi~dzy nimi wynosi 40 ± 0,5 mm), oraz podziałki umoż liwiającej odczytanie ilości energii zużytej na złamanie próbki. Na rys. II-12 jest przedstawiona normalna próbka z karbem w kształcie litery V!.. stosowana do badań udarności na młocie Charpy'ego oraz sposób jej ustawienia na podporach (stosuje się również próbki z karbem w kształcie litery U). Udarność, czyli odporność na uderzenia, jest miarą kruchości materiału. Materiał, który charakteryzuje się niewielkim wydłuże niem i małą udarnością, jest materiałem kruchym. Próba udarności charakteryzuje się gwałtownym wzrostem obciążenia. Polega ona na złamaniu próbki o znormaliwwanych wymiarach i kształtach uderzeniem wahadłowo zawieszonego młota i wyzna35
55!(J60
20
~
20
Rys. II-1~. Wymiary tarczy i podpór młota Charpy'ego oraz wymiary próbki typu ISO-Charpy
czeniu pracy uderzenia, odpowiadającej energii zużytej przez mlot na złamanie próbki. Miarą udarności KC jest stosunek ,pracy uderzenia K do powierzchni próbki S w miejscu karbu (przekrój mierzony przed próbą) .
K KC = - J/cm 2
SO
Znormalizowana próbka zostaje umieszczona na dwu podpórkach. Wzniesione na określoną wysokość H (rys. II-13) ,wahadło o masie rn spadając łamie próbkę, tracąc przez to część energii, wskutek czego jego wzniesienie po drugiej stronie osi jest mniejsze i wynosi H 1• Praca z.użyta na złamanie próbki równa tencjalnych w położeniach 1 i Il i wynosi K
się różnicy
= m · g • H -m · g •H 1 = m · g · ( H -
H 1)
energii poJ
(lJ. = 1 N·m)
W górnej części młota jest umieszczona podziałka oraz wskazówka (tzw. bierna), która po powrocie młota z położenia II pozostaje w położeniu odpowiadającym wysokości wzniesienia H 1 młota.
36
Rys. II-13. Schemat
młota
wahadłowego
8=_m·g
Aby zbadać udarność materiałów podlegających kontroli,, pobiera się próbki z każdej partii materiału bądź też z każdego wąadu. Próbki wycina się z samych przedmiotów obrabianych albo z naddatków materiałowych (przy odkuwkach). Można też przygotowywać próbki specjalne z tego samego materiału co przedmiot i obrabiać je cieplnie wraz z całym wsadem. Próbki materiałowe wycina się na obrąbiarkach do skrawania metali na zimno, unikając przy tym miejscowęgo nagrzania lub zgniotu, które mogłyby zmienić własności mechaniczne próbki. Próbki pobrane z blach powinny mieć oś karbu usytuowaną prostopadle do powierzchni walcowej. Próbki pobrane z kształtow ników lub kęsów powinny mieć oś karbu usytuowaną prostopadle do powierzchni wyrobu. Dla wyrobów o przekrojach koło wych kierunku osi karbu nie określa się. Karb na próbce może być wykonany przez przecinanie, wiercenie, frezowanie lub szlifowanie. Cała próbka powinna być obrobiona skrawaniem. Jako obróbkę końcową zaleca się szlifowanie. N ie należy stosować próbek: a) ze zgniotami i zadziorami na krawędziach, b) skrzywionych, c) z pęknięciami hartowniczymi, d) z rysami wzdłużnymi na dnie karbu, pochodzącymi z obróbki wiórowej, a widocznymi nie uz.brojonym okiem. 37
4. Przebieg
ćw ic z enia
-
Sprawdzić
wymiary próbki w miejscu karbu z dokładnoś cią 0,05 mm. Ppmiar przeprowadza się suwmi arką, mikrome trem lub innym narzędziem pomiarowym. o odpowiedniej dokład
-
Sprawdzić temperaturę.
ności.
Temperatura próby powinna
15+30° C.
-
-
-
·
Sprawdzić młot.
Po swobodnym opuszczeniu wahadła młota z położenia wyjściowego i wykonaniu przez wahadło jednego wahnięcia wskazówka młota powinna wskazywać na podział ce zero z dokładnością do 1 J. Próbkę ułożyć na podporach młota w taki sposób, aby: a) płaszczyzna symetrii karbu próbki leżała w płaszczyź nie pionowej, przechodzącej w połowie odległości między podporami, . b) uderzenie młota nastąpiło w płaszczyźnie symetrii karbu próbki od strony przeciwnej względem karbu, przy czym odległość między płaszczyznami symetrii karbu i ostrza nie powinna przekraczać 0,2 mm. Próbkę układać na podporach młota za pomocą wzornika lub innego urządzenia, zapewniającego właściwe ułożenie próbki Po uderzeniu i złamaniu pró'bki odczytać wartość pracy uderzenia zużytej na złamanie próbki (jęśli podziałka jest wyskalowana w J lub N· m). Jeżeli podziałka młota jest wyskalowana w stopniach kąta wzniesienia wahadła poza położenie równowagi, wartość pracy zużytej na złamanie próbki ,oblicza się z dokładnością do 1 J wg wzoru
K=m·g·R·(cos {3-cos a )
w którym:
R a, P -
długość
Udarność
oblicza
J
robocza wahadła (~ys. II-13) w m , z pionem - odpowiednio w pozerowym i po uderzeniu.
kąty wahadła łożeniu
się
z
dokładnością
K KC ~-
do 1 J/cin.2 wg wzoru
JI cm~?
SO
38
w·ynos1ć
Pełne
oznaczenie udarności powinno zawierać dane dotyczące w~ runków próby, np. KCU 150/5/7,5 oznacza udarność określoną za pomocą młota o energii początkowej 150 J na próbce o szeroko~ci . 7,5 mm, z k arbem w kształcie litery U o głębokości 5 mm. Jeśli przelom przebiega linią łamaną lub wykazuje pęknięcia hartownicze, uważa się próbę za nieważną i powtarza się j ą na innej próbce zastępczej. J eśli próbka nie została przełamana, lecz przeszła między podporami, należy zanotować w protokole „nie złamana", a otrzymaną wartość ująć w nawias. - Jeśli próbka nie została złamana z powodu dużej udarności materiału i niewystarczającej energii ud erzeni a ·młota, należy w protokole umieścić uwagG: ·„ nie złamała się''. 5. Uwagi do sprawozdania:
-
Załączyć
rysunek techniczny próbki. Opisać położenie próbki w wyrobie, z którego ją pobrano (np. próbki wzdłużne, poprzeczne, promieniowe itp.), Opisać przebieg próby i wnioski.
Ćwiczenie
BADANIE
11.8
NAPRĘŻEŃ
ZA
POMOCĄ
TENSOMETRÓW MECHANICZNYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z działaniem i budową tensometru mechanicznego dźwigniowego systemu Huggenbergera TR-794 „ oraz jego zastosowaniem do badania odkształceń materiałów. 2. Wyposażenie: maszyna wytrzy~ałościowa z siłomierzem (dynamometrem), tensometr mechaniczny typu TR-794 z urządze niem mocującym, mikrometr, suwmiarka. 3.
Wiadomości uzupełniające
Tensometry służące do pomiarów statycznych mocuje się na próbkach rozciąganych. Tensometr dźwigniowy Huggenbergera TR-794
39
Rys. II-14. Schemat tensometru mechanicznego (11] 1, 2 - ostrza, 3 - podziałka, 4 dfwignia, 5 - łącznik, 6 - wskazówka
8
(rys. II-14) - ze względu na prostą budowę i łatwą obsługę znalazł szerokie zastosowanie. Może on służyć do pomiaru odkształceń, na podstawie których można następnie wyznaczać stałe materiałowe oraz naprężenia. Błąd pomiaru · z użyciem tego tensometru nie przekracza 0,5 µm. Ostrza 1 i 2 przylegają do danej próbki. Nieruchome ostrze 1 jest połączone z korpusem, na którym znajduje się podziałka 3 o zakresie pomiarowym od O do 50 µm. Ostrze ruchome 2 jes t połączone przegubowo z dźwig nią 4, a ta z kolei za pośrednictwem łącznika 5 oddziałuje na wskazówkę 6. W wyniku wydłużania si ę bazy L o L1l następuje zmiana położenia ostrza ruchomego oraz przesunięcie konca dźwig ni 4 •o odcinek BBi. co powoduje zmianę wychylenia wskazówki z położenia D na podziałce w polożenle D 1 . Przyrost L1l długości oblicza się wg wzoru
gdzie i jest
przełożeniem
tensometru. b·h i = - -a·H
40
Przełożenie
to wynosi
Wydłużenie względne
bazy l wyrazi
się
!Il DD 1 e=-l-= Z 4. Przebieg
-
. ·i
ćwiczenia
Sprawdzić działanie maszyny wytrzymałościowej. Zamocować
próbkq w maszynie.
Obciążyć wstępnie próbkę napręże niem
30 MPa (dla metali
-
wzorem
Zamocować
50 MPa (dla stali) lub
nieżelaznych).
tensometr na próbce.
Zwiększyć obciążenie działające na próbkę, odnotować wyniki w tablicy i zmniejszyć obciąże nie do obciążenia wstęp nego . ...Przez stopniowe zwiększanie naprężenia i zmnie jszanie go do wartości odpowiadającej obciążeniu wstępnemu doprowadzić trwałe wydłużenie bazy do 0,2°/o jej długości (np. j eżeli baza tensometru ma długość 20 mm, to wydłużenie trwałe 0,2°/o wynosi 0,04 mm).
5. Uwagi do sprawozdania: -
W sprawozdaniu umieścić : opi~ tensometru, jego schemat oraz wyniki pomia ru i obliczenia. 1
-
Sporządzić
wykres zależności obciążenia odczytanego na dy, namometrze i wydłużenia odczytanego na tensometrze.
Ćwiczenie
POMIARY
11.9
NAPRĘtEŃ
TENSOMETRAMI OPOROWYMI
ew BELKACH ZGINANYCH)
1. Cel ćwiczenia: poznanie metody pomiarów cą tensometrów oporowych.
naprężeń
za pomo-
2. Wyposażenie: ława do naprężeń, mostek Wheatstone'a (np. TT-3B i 6B) na prąd stały, galwanometr, c.:zujnik zegarowy, oporniki, czujniki pomiarowe, np. typu SR-4. 41
3.
Wiadomości uzupełniające
Druciki tensometru nakleja się na badany element. Pod wpływem obciążenia druciki ulegają wraz z elementem odkształceniu, przez co zmieniają swą oporność. Urządzenie do mierzenia zmian tej ' oporności może być wzorcowane wprost w wartościach odkształceń lub naprężeń .
'
I:: :I _I.i
iI
~+
'
I
1·
ffil . f&J 1~1 ••« • '" :
Rys. II-15. Czujniki tensometryczne [11)
Czujniki tensometryczne {rys. II-15) mogą być: drucikowe, foliowe, półprzewodnikow e. Te ostatnie maj ą szereg zalet, jak wysoka czułość i możliwość uniezależnienia wyników od wpływu temperatury. Czujniki naklejane muszą mieć dużą oporność własną e, dobre odprowadzanie ciepła drucika do badanego elementu, m.ałą wraż liwość na zmiany temperatury, odporność na działanie wilgoci, niewrażliwość na naprężenia poprzeczne, dobrą obciążalność. aby czujniki naklejane miały wraz z klejem stałą oporność izolacyjną. Przed pomiarem należy. przeprowadzić próbę izolacji na przebicie napięciem ok. 40 V. Czujniki nieprzezroczyste powinny mieć oznaczony główny kierunek odkształceń. Przy pomiarach dokładnych dla utrzymania stałej pojemności należy ekranować nie tylko przewody, ale i same czujniki, np. paskiem folii miedzianej o grubości 0,01 mm. Pasek ten łączy się równocześnie z ekranem kabla odprowadzającego. Jest
42
pożądane,
..
l
Druciki czujników są wykonywane ze stopów takich, jak: konstantan twardy, konstantan miękki, kopel twardy. Wpływ temper a tury eliminuje się przez kompensację takim samym tensometrem naklejonym na taki sam materiał badany, lecz podłączo nym do przeciwległych gałęzi mostka vVheatstone'a. Wpływ wilgoci należy również eliminować, wilgoć bowiem zmienia własności kleju, a zatem i dokładność przenoszenia odkształceń na drucik czujnika.
c) ___-.
>>
Nd
Rys. II-16. Pomiarowe
>> układy
))
Nd
))
,....._,
mostkowe [11]
/ Mostki służące do pomiarów zmian oporności (rys. II-16) mogą ( być zasilane prądem stałym albo przemiennym. Mostki zasilane prądem stałym są stosowane w zależności o'd rodzaju pomiaru w różnych układach. Najprostszy układ twor~y mostek z galwanometrem (rys. II-1 6a), stosowany przy próbach statycznych. Do pomiarów przebiegów statycznych i dynamicznych między mostek a aparat rejestruj ą cy włącza się odpowiedni wzmacniacz (rys. II-16b). Gdy są do wykonania pomiary wyłącznie dynamiczne, wówczas zamiast mostka można użyć samego dzielnika napięć (rys. II-16c). Można stosować wzmacniacz prądu przemiennego, wtedy jednak między mostek a wzmacniacz należy włączyć mooulator (rys. JI-16d) w postaci przerywacza elektromechanicznego lub elektronicznego. :43
Do WYJSC1a wzmacniacza prądu przemiennego przyłącza się wprost oscylograf (rys. II-16d); chcąc uzyskać na oscylografie kierunek działania naprężeń, przed oscylografem przyłącza się detektor (rys. II-16e). ' · Zasada pomiarów tensometrami oporowymi polega na wykorzystaniu zależności między zmianą oporności R czujnika a względ nym odkształceniem liniowym drucika. Odkształcenie to, wyrażone wzorem (l - długość pierwotna drucika) L1 l
€=-
z
przyjmuje się za równe odkształceniu elementu lub badanej konstrukcji. Opornoś(; drucika jest wyrażona wzorem l
R = o·-
"'
w którym:
opornosć
s
właściwa
drucika oporowego (rezystywność), Q · mm2/m, l - długość czynna drucika, m, S - przekrój drucika oporowego, mm2 • Po zlogarytmowaniu otrzymuje się Q -
ln R = ln e + In Z-1 n S Różniczkując zaś
to
wyrażenie
L1R R
L1e (!
+ Lł1
_ . LłS
s
z
liniowemu drucika przy obciążeniu towarzyszy zmiana przekroju drucików o L1S, przy czym AS= -2 · --rc·S (v - liczba Pbissona). Podstawiając t~ wartooć do poprzedniego wzoru otrzymuje się A zatem
odkształceniu
-
LIR ..1e = --r-(1+2v) · e R 12
lub !IR --=- k. R 44
€
Lle
gdzie
k=I+2v + - PE
Współczynnik bezwymiarowy k nosi nazwę stałej tensometru i charakteryzuje tensometr pod względem czułości. W zależności od typu tensometru, materiału drucika i wykonania współczyn nik k= 1,9+3,6. Czujniki polskiej produkcji z opornikami kantalowymi mają k=2,27/
Stanowisko do
badań
szkolnych z zakresu tensometrii oporowej z ławy do naprężeń, mostka Wheatstone'a na oraz galwanometru. Ława do naprężeń (rys. II-17) jest
może składać się
prąd stały
-----1------D Rys. II-17.
Ława
pomiarowa
zbudowana z płyty czołowej 1 {do której przymocowane są podpory 2), bloku naprężającego 3 oraz uchwytu 6 do czujnika zegarowego. Na śrubie bloku naprężającego jest umocowana belka zginająca 4 wraz z ruchomymi ramionami 5. Belkę zginaną z naklejonymi czujnikami oporowymi układa się na podporach 2, zaldada ramiona b elki zginającej, a następnie przez odpowiednie pokręcanie śrubą w bloku naprężającym powoduje się zginanie belki. Do pomiaru strzałki ugięcia służy czujnik zegarowy, którego położenie nad belką zginaną można regulować przez przesuwanie jego uchwytu po prowadnicy. W ten sposób można mie- ' rzyć ugięcie belek o różnej grubości. 4fi
Rys. Il-18. Układ elektryczny st an owiska pomiarowego
Układ elektryczny stanowiska pomiarowego przedstawiono sche-
matycznie na rys. II-18. Pomiędzy czujniki tensometryczne: pomiarowy R 11 i kompensacyjny Rk włączono potencjometr P 1 (R = =2,6 Q); służy on do wyzerowania układu przed przystąpieniem do pomiarów. Drugi potencjometr P 2 (R=24 Q), wbudowany mię dzy oporniki R1 i R 2 , służy do bezpośredniego wskazywania war-
tości
LIR . Należy stosować czujniki produkcji Instytutu LotR , .
nictwa w Warszawie (typ PB Kn 20-40). Opisany dzeń przewidziano do pomiarów statyczn)'ch.
układ urzą
Miejsce przeznaczone do naltlejenia czujników należy oczyścić z rdzy, farby i innych zanieczyszczeń. Powierzchnia przeznaczona do naklejania powinna być większa od powierzchni czujników z drucikami tak, aby z każdej strony pozostawał wolny margines sz.erokości 1 O mm. Powierzchnię tę trzeba przetrzeć drobnym papierem ściernym, aby powstała pewna szorstkość pod naklejenie, a następnie odtłuścić, przemywając szmatką zwilżoną w acetonie lub octanie etylu. Po osuszeniu powierzchni nakłada się na nią elastycznym pędzelkiem cienką i o równej grubości warstwę kleju (klej nakłada się na obie sklejane powierzchnie). Po chwili można już czujnik przylepić do belki. Nadmiar kleju spod czujnika należy usll?ąć, aby nie powstawały pęcherzyki powietna. Tak naklejony czujnik zostawia się do wyschnięcia na 24 godziny. Przed wilgocią zabezpiecza się czujnik warstwą parafiny 46
lub wosku. Pod końcówki łączące należy podłożyć kawałek bawełny, a przewody łączące wygiąć w petlę. Prawidłowość przyklejenia czujnika sprawdza się mierząc oporność czujnika i oporność izolacji między czujnikiem a zginaną belką. Powinna ona wynosić 10+30 Q. 4. Przebieg
ćwiczenia
na podporach ławy. Na belkę nałożyć jarzmo belki zginającej. Ustawić czujnik zegarowy tak, by jego trzpień dotykał belki zginanej, a wskazówka była na zerze. - Podłączyć do mostka czujniki tensometryczne oraz galwano' metr - końcówki czujnika pomiarowego podłączyć do gniazdek Rp, a końcówki czujnika kompensacyjnego podłączyć do gniazdek Rk. Galwanometr podłączyć do gniazdek G. - Sprawdzić, czy pontencjometr pomiarowy P2 znajduje się w pozycji zerowej. - Ustawić przełącznik zakresów na odpowiedni zakres. - Włączyć zasilanie mostka. - Włączyć galwanometr (pierwszy i drugi stopień) i za każdym · razem potencjometrem P 1 wyzerować układ. - Wyłączyć galwanometr. - Za pomocą śruby bloku naprężającego ustawić żądaną wartość strzałki ugięcia belki zginanej. - Włączyć pierwszy i drugi stopień wyłącznika galwanometru i za każdym razem skompensować jego wychylenie potencjometrem P 2 do zera. - Dokonać odczytów. - Wyłączyć galwanometr. Ostatnie czynności można powtarzać dla innych strzałek ugię cia (mierzonych czujnikiem zegarowym), uzyskanych przez pokręcanie śruby bloku naprężającego. - Wyznaczyć wartości naprężeń lub odkształceń odpowiadają...: cych posz·c zególnym wartościom strzałki ugięcia. Uwaga: Zakres można zmieniać tylko po usunięciu obciążenia belki zginanej i sprowadzeniu potencjon1etru pomiarowego P 2 do pozycji zerowej. -
Belkę zginaną położyć
47
5. Sposób pomiaru
stałej
tensometru k
Między odkształceniem względnym
istnieje
e a wymiarami belki L
i
h
zależność
4h e = L2 • f
w której: L -
odległość między
podpornmi
ławy (długośc
po-
miarowa belki), grubość zginanej belki, f - strzałka ugięcia wskazywana przez czujnik zegaTowy. Przy zginaniu belki mierzy się więc strzałkę ugięcia f i z powyż szego wzoru wyznacza odkształcenie względne. Dla każdej wartości f ustawionej śrubą bloku naprężającego ,mierzy się mostkiem LIR wartość R tensometru naklej_onego na belce. Następnie wyh -
20 18
16
b
14 12 10 8
6 4
2 E-ttJ'f o~--::-1~~2~·~3!"--4-t----;5~~6:---,~_..,.
48
Rys. II-19. Wykres zależności
An = f(e) R
kreśla się zależność
AR =
R
sometru jako tangens
f(F} i z wykresu odczytuje
stałą
ten-
kąta
nachylenia prostej otrzymanej przez a aproksymację (przybliżenie) danego przebiegu (k = b = tgqi).
Pomiaru
należy dokonać
LIRR
żając belkę
kilkakrotnie
obciążając
i
odcią
(rys. II-19).
6. Uwagi do sprawozdania
-
Opisać
i naszkicować urządzenie do badań naprężeń w belkach zginanych. „Nykonać schemat elektryczny instalacji oraz mostka. Zebrać wyniki pomiarów i obliczeń naprężeń w kilku belkach zginanych o różnych wymiarach. Opracować wnioski.
ćwiczenie
11.10
POMIAR TWARDOSCI
METODĄ
BRINELLA
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie mierza Brinella.
się
z
budową
i
obsługą twardościo
2. Wyposażenie: twardościomierz Brinella typu B-2, mikroskop pomiarowy lub lupa Brinella prod. PZO do pomiaru średnicy odcisku, kulki stalowe o średnicach 10, 5, 2,5 i 1 mm, tablice twardości Brinella, norma PN-78/H-04350, instrukcja obsługi twardościomierza BrinelJa. 3.
Wiadomości uzupełniające
Konstrukcję
twardościomierza
Brinclla przedstawia rys. II-20. W górnej części przyrządu znajduje się cylinder roboczy 3 z tło kiem 4. Nad cylindrem mieści się zbiornik oleju wraz z pompką ręczną 10. W trzpieniu tłoka jest zamocowany wgłębnik z wymienną kulką 5. Zawór 2 zamyka otwór przelewowy między przestrzenią roboczą cylindra a zbiornikiem oleju. W zawór ten wbu4-
Pracownia techniczna dla techn.
49
•
J
Rys. II-20. Schemat twardościomierza Brinella [6] manometr, 2 - zawór, 3 - cylinder roboczy, 4 - tłok, 5wgłqbnik, 6 - próbka, 7 - stolik przedmiotowy, 8 - śruba, f i kółko podnoszenia, 10 pompka, 11 - filtr, 12 - rurka, 13 jarzmo, 14 - trzpień obciążni~ów, 15 - sprężyna, 16 - zawór kulkowy, 17 zawór bezpieczeństwa, IS - zbiornik, 19 - obci;µI -
niki
50
•
'
\
dowany Jest \dodatkowy zawór bezpieczeństwa, otwierający się po -przekrocze11iu ciśnienia odpowiadającego sile nacisku ok. 35 kN. Drugi zawór bezpeczeństwa 17 jest osadzony w tłoku. Zawór ten działa tylko w razie przypadkowego opuszczenia tłoka do dolnego skrajnego położenia. Olej wycieka wówczas przez rurkę 12 do zbiornika 18; ścieka tam również olej przedostający się przez nieszczelności miqdzy tłokiem a cylindrem. Przestrzeń robocza cylindra jest połączona rurką z regulatorem ciśnienia, którym jest zawór kulkowy 16 obciążony (za pośrednictwem jarzma 13. i trzpienia 14) obciążnikami 19. Podczas działania ciśnienia o wartości wyższej niż to wynika z równości F1 F p·= - = S1 S
(gdzie F 1 - ciężar obciążników 19, F - siła działająca na trzpień porn,iarowy, S1 i S odpowiednio: powierzchnia przekroju kulki 16 i powierzchnia tłoka 4) olej wypycha kulkę do góry, przedostaje się do zbiornika przelewowego, a stąd poprzez filtr 11 - wraca do zbiornika oleju. Ciśnienie oleju wskazuje manometr 1, wyskalowany w jednostkach siły działającej na trzpień. Po wykonaniu próby twardości otwiera się zawór 2, a sprężyna 15 unosi tłok 4 w położenie wyjściowe. Badaną próbkę 6 kładzie się na podkładce kulistej 7 osadzonej w śrubie 8, podnoszonej kółkiem ręcznym 9.
V D
,,,..,,...-- ......, I/
Rys. łl-21. Wymiary czaszy odcisku
'
\
d
Brinella polega na wtłaczaniu (przez określony czas) w badany materiał 6 pod obciążeniem F kulki (stalowej hartowanej lub z węglików spiekanych) o średnicy D
Pomiar
twardości metodą
51
I (rys. II-21). Miarą twardości w tej metodzie jest stosunek siły F do powierzchni czaszy kulistej powstałej w materiale w wyniku działania na kulkę pomiarową siły nacisku F · HB= 0,102F
set:
Scz -
powierzchnia czaszy kulistej (w mm2 ) Scz-==
n .D 2
w którym: D -
średnica
d -
średnica
-
wyraża się
wzorem
( ,i . · D-r D 2 -d2 ) mm 2
kulki w mm, odcisku w mm.
Czynnik liczbowy 0,102 wynika z przeliczenia kG (kilogramów-siły) na niutony N, ponieważ w okresie ustalania zasad metody jednostką siły był kG; z tej samej zresztą przyczyny wynikły „nieokrągłe" wartości obciąże nia (patrz tabela nacisków). Stąd
HB=
2F · 0,102 n· D · (D-y D 2 -d2)
Otrzymana z obliczeń wartość jest wyrażona w jednostkach Brinella o symbolu HB {bez podawania wymiaru), np. 250 HB, 410 HB itp. Wyniki pomiarów dla twardości> 100 HB podaje się z dokład nością do 1 HB, dla twardości 107100 HB z dokładnością do 0,5 HB, dla twardości < 10 HB - z dokładnością do 0,1 HB. Ze względu na możliwość trwałego odkształcenia kulki pomiarowej kulki stalowe stosuje się tylko do pomiaru twardości < 450 HB; do pomiaru twardszych materiałów - kulki wykonane z twardych spieków. Średnice kulek pomiarowych D wynoszą 10; 5; 2,5; 2 i 1 mm. Kulki muszą mieć powierzchnię gładką, nie wykazującą wad zewnętrznych przy obserwacji lupą o pięciokrotnym powię'kszeniu. Kulka, która uległa trwałym odkształceniom, nie powinna być używana do wykonywania prób. Do pomiaru średnicy odcisku należy stosować mikroskop lub lupę odczytową (rys. II-22). Pomiaru średnicy dokonuje się w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. Średnica D kulki użytej do próby powinna być tak dobraną, aby średnica d otrzymanego odcisku zawierała się -52
średnicy
Rys. II-22. Pomia r
odcisku: a) mikroskopem, b)
lupą
w granicach 0,25 D < d < 0,6 D. Ponadto wyniki pomiaru twardości kulkami o różnych średnicach powinny być porównywalne. Warunek ten jest spełniony, jeśli stosunek siły nacisku do kwadratu średnicy kulki jest stały. Należy boV?iem pamiętać, że twardość HB danego materiału badana kulkami o różnych śred nicach zależy od kąta wgniatania
twardość
do wzoru na
HB otrzymuje
2F · O 102 , H B = - - - - -=-..:'=--==--=-;;;--'.=~ n· D ·
(n-{
D2 - D 2
•
się
2F · 0,102
sin 2 rp )
n · D
2
2
• (
1- cos
~)
Załóżmy, że
dla innego obdążenia F 1 i innej kulki o średnicy D1 chcemy uzyskać ten sam kąt
2F 1
----
n · D
2
• (
1-cos ~ )
n ·
•
0,102
D~ · ( 1-cos ~
) 53
0,102 F 1 = 0,120 F = K
St ąd
v2
D2
i
1
•
spełni enia założonych
warunków K powinno byc wartości ą stałą . Współczynnik K dobier a się w zależności od twardości badan_ e go metalu, przy czym dla metali o twardości >96 HB , K= 30, dla metali o twardości 327200 HB K -= J O, dla metali o twardości 167100 HB K = 5, dla metali o twardości 8750 HB K = 2,5, dla metali o twardości 3,2-:-20 HB K= 1. Podane wartości zapewniają uzyskanie odcisku o średnicy zawartej w granicach (0,2570,6) D. Wartości nacisku F dla różnych średnic kulek i różnych K zestawiono w poniższej tablicy. W n iosek: dla
I
Nacisk w N K
D = lOmm
30 10 5 2,5
D=5mm
29420 9800
980
Kulkę należy obciążać
powinien
I
D=2,5mm
7355
4900 2450
1
ciążenia
I
bez
2450
1840 613
1225
306,5
613 .246
153,2 61
.
I
D = Jmm
I
274
98 49 24,5
9,8
wstrząsów,
trwać około
równomiernie, wzrost ob10 sekund. Czas działania całko
witej siły obciążającej powinien wynosić: dla stali i żeliwa 10-:-15 s dla innych metali o twardości 32 HB 30 s dla innych metali o twaTdości < 32 HB 60 s Odstęp l od brzegu odcisku do kra wędzi badanej powierzchni powinien być większy od 4d. Odstęp środków sąsiednich odcisków powinien być większy od 2,5 d. Przedmiot powinien być podczas próby ustawiony nieruohomo, a jego badana powierzchnia powinna być prostopadła do kierunku działa nia siły obciążającej. Największy dopuszczalny promień
>
54
krzywizny powierzchni budaneJ może się równać trzykrotne3 średnicy kulki D. Przedmiot badany powimen mieć w m1eJscu badanym grubość co najmniej 10 razy większą od głębokości odcisku. Głębokość tę można znaleźć korzystając z zależności h=
,0,102~
n· D ·HB
Powierzchnia badana powinna być oczyszczona ze smarów, zgor.zeliny i odpov.riedn.io wygładzona.. .:1. . Przebieg
ćwiczenia.
Nałożyć
-
na talerzyk jarzma ciężarki odpowiadające wymaganemu naciskowi, zamocować odpowiednią kulkę, położyć badaną próbkę na sloliku. Kółkiem ręcznym podnieść stolik z prróbką aż do zetknięcia z . kulką.
-
-
Ęamknąć
zawór 2, pompując olej zwiększać nacisk aż do momentu podniesienia siq jarzma z ciężarkami, nie doprowadzać jednak do momenlu przelewu (manometr powinien w tym momencie wskazywać wymagany nacisk). Utrzymać ciśnienie przez wymagany dla danej próby czas, otworzyć wolno zawór 2, zwolnić i zdjąć próbkę. Zmierzyć średnicę odcisku w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach z dokładnością 0,01 mm. Obliczyć twardość wg wzoru HB= 1
2F · 0,102 n· D · (D-JI D 2 -d2 )
Pełny ~apis twardości
powinien być podawany przykładowo w następującej postaci~ 175 HB 5/7350/15, gdzie liczba 5 oznacza śred nicę D kulki, 7350 obciążenie F w N, 15 czas trwania obciążenia w s. Wyjątkowo tylko twardości zmierzone kulką o D= = 10 mm przy obciążeniu F=29 420 N w czasie 10-:-15 s mogą być podawane w postaci np. 175 HB. - Obliczoną twardość porównać z wynikiem otrzymanym z odpowiedniej tablicy zawartej w normie PN-78/H-04350. 55
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Wykonać
schemat i opisać działanie twardościomierza Brinella. Opisać przebieg próby. Obliczyć twardości; wyniki porównać z odczytami z tablic~ podać przybliżoną wartość wytrzymałości na rozciąganie Rm..
Ćwiczenie
11.11
POMIAR TWARDOSCI METODĄ ROCKWELLA ł
I
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z budową i obsługą twardościo mierzy Rockwella; przyswojenie podstawowych wiadomości o próbie Rockwella. 2. Wyposażenie: twardościomierz typu Rockwella produkcji ZM „Łucznik" z kompletnym wyposażeniem (stożkowy ,wgłębnik diamentowy, kulka 1/16", trzy stoliki przedmiotowe płaskie - duży~ średni i mały, oraz stolik z wycięciem pryzmowym do przedmiotów walcowych, trzy obriążniki z oznaczeniami 589, 981, 1471 (N), urządzcn ie dociskowe, jedna wzorcowa , płytka twardości); }lorma PN-78/H-04355. 3.
Wiadomości uzupełniające
Twardościomierz
Rockwella jest p.r:.z edstawiony na rys. II-23. Jest to twardościomierz o przekładni dźwign~owej. Dźwignia jednostrorma 1, na której zawieszone są obciążniki 2, naciska na wgłęb nik 3. Pod wpływem obciążenia wgłębnik zagłębia się w materiał badany 4, umieszczony na stoliku' przedm,iot(}wym 5, wkładanym do śruby podnośnej 6. Do podnoszenia dźwigni l przed pomiarem i po pomiarze służy mechanizm 7 składający się z listwy zębatej or3.z zespołu kół zębatych. Po umieszczeniu na stoliku 5 przedmiotu badanego doprowadza się go za pomocą kółka 8 do zetknięcia z wgłębnikiem. Dalsze pokręcanie kółkiem 8 i podnoszenie śruby 6 ma na celu wstępne obciążenie wgłębni ka. Po uzyskaniu dwu pełnych obrotów wskazówki czujnika zegarowego 9 ustawia się ją w pobliżu zera (dokładnego ustawienia
56
g
H.ys. 11-23. Schemat Rock.wena [11] 1 -
d ź wignia ,
n ili::,
4 -
2 -
twardościomierza
obci ążniki~
3 -
wgł ę b
próbka. 5 -
:.toJil( przedmiotowy. 6 :śruba podnośn a, 7 zębatk a (mechanizm podnoszenia dźwigni), 8 - kółko podnoszenia, 9 czujnil{, 10 zwalnia cz, 11 - przegub, 12 - tłumik olejowy
na zero dokonuje się ręcznie - przez pokręcanie tarczą czujnika). Naciskaj ąc zwalniacz ' 10 powoduj~ się obrót dźwigni 1 wokół przegubu 11, wywołany działaniem na dźwignię obciążników 2. Powolny przyrost obciążenia uzyskuje się przez zastosowanie tłu mika olejowego 12. Twardość Rockwella wyznacza Się na podstawie głębokości oddsku_wykonanego w materiale przy dwustopniowym wciskaniu stożka diamentowego lub kulki stalowej. Dwustopniowość wciskania (rys. II-24) polega na zastosowaniu dwu wartości obciążeń: wstępnego Fo i głównego F 1 . Przy obciążeniu F 0 wgłębnik zagłę bia się na głębokość wstępną h 0 w materia_ł . Głębokości tej odpowiada pierwsza linia odniesienia. W tym położeniu ustawia się czujnik na położenie zerowe; obciążenie wstępne 98 N jest reali.zowane przez cięzar samej dźwigni, bez obciążników. Następnie 57
Rys. Il-24. S ch e mat wciskan ia
· wgłębn ika R ockwella [11]
F 1 (w sumie działa więc obciążenie całkowite). Wgłębnik zagłębia się w materiał na głębokość h.
dodaje
się obciążenie główne
Ponieważ w tym położeniu · w materiale występują odkształcenia
wobec tego zdejmuje się obciążenie F 1; wgłębnik obciążony tylko obciążeniem F 0 uniesie się nieco pod wpływem odprężenia materiału; powstały odcisk jest więc już wynikiem odkształceń głównie plastycznych (druga linia odniesienia). Jako głębokość pomiarową do wyznaczania twardoś ci Rockwella przyjmuje się wartość e' (rys. II-24), będącą odległośc·i ą pomiędzy liniami odniesienia. Twardość Rockwella wg skali C (wgłębnik: stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120°, zakończony czaszą kulistą o promieniu 0,2 mm; obciążenia: F 0 = 98 N, F 1 =1373 N) jest to wartość wyhczona wg wzoru zarówno
trwałe,
jak i
sprężyste,
HRC=lOO-e
e'
- trwały przyrost głębokości odcisku wy2 rażony w jednostkach 0,002 mm. Dla skali B Rockwella (wgłębnik: kulka stalowa o średnicy 1116" ~ 1,59 .mm; obciążenja: Jf'0 = 9,8 N, F 1 =883 „N), wzór na ttwardość ma postać
w którym: e =
0,00
HRB=l30-e Tak wyrażonej twardości na ogół nie oblicza się wg wzoru. Stosowane czujniki są wyskalowane bezpośrednio w jednostkach twardości (zwykle czarne oznaczenia podziałki odpowiadają skali C, czerwone - skali B). 5S
Oprócz skal B i C stosuje się równiez skale A i F (rzadziej). Skala A charakteryzuje się obc1ążemam1: F 0 = 98 N, F 1 =490 N; jako wgłębnik stosuje się stożek. Skala F polega na zastosowaniu obciążeń: F 0 =98 N 1 F 1 =490 N; wgłębnikiem jest kulka o śre dnicy 1/16". Zakres stosowania poszczególnych skal jesl następujący: skalę C .stosuje się do pomiaru tward,.ości stali węglo'N-ych i stopowych w stanie zahartowanym f ulcszonym cieplnie (zakres 20-:-67 HRC); skalq B - do pomiaru twardości stali węglowych i stopowych w stanie zmiękczonym lub normalizowanym oraz stopów metali nieżelaznych (zakres 35-:-100 HRB); skalę A - jak skalę C (60-:-90 HR{\), skalq F - jak skalę B(60-:-100 HRF) Grubość
badanego materiału w miejscu badanym z użyciem wszystkich skal powinna wynosić co najmniej g= lOe'. Przykła dowo dla HRC=20 odpowiadającą tej twardości głębokość można oblilczyć przekształcając wzór na twardość HRC= 100-e, czyh
e = lOO-HRC
e' - -, - --= 100-HRC) e' = 0,2-0,002 HRC 0 002 g=l0e' = 2-0,02 HRC Stąd
g=2-0,02·20=1.6 mm
4:
Przebieg
ćwiczenia
...
'
Zamocować \Tv'
-
-
trzpieniu twardościomierza stożek diamentowy lub kulkq i założyć odpowiednie obciążniki. Wykonać kilka pomiarów na płytkach kontrolnych o twardości bliskiej przewidywane] dla -badanej próbki (uwaga! pomiary należy wykonywać tylko na jednej stronie płytki kontrolnej). Sprawdzić czas osiągnięcia przez obciążenie żądanej wartości (czas ten powinien wynosić 4-:-5 sekund przy obciążeniu 980 N).
59
Ustawić
-
badany przedmiot na odpowiednim stoliku przedmiotowym (zwrócić uwagę na nieruchome podparcie). Obciążyć próbkę wstępnie przez podniesienie stolika z próbką tak, aby dźwignia zajęła położenie poziome, a wskazówka czujnika (po wykonaniu 2 obrotów) ustawiła się w położeniu zerowym z dokładnością ± 5 jednostek (działek). W razie przekroczenia podanej wartości dokonać ponownego obciążenia próbki w innym miejscu. Nastawić tarczę czujnika tak, aby jego wskazówka pokrywała się z działką zerową skali C i zwolnić dźwignię obc i ąienia głównego.
-
·-
Wyłączyć obciążenie główne (po 2+3 sekundach od ustalenia się całkowitego nacisku) i odczytać twardość na' czujniku wg
odpowiedniej skali z dokładnością ± 0,5 jednostki. W czasie próby należy unikać wszelki~h wstrząsów. Odległość środków odcisków sąsiednich i odległość ich od brzegów przedmiotów powinna równać się co najmniej 3 mm. Za miarodajny wynik należy przyjąć twardość średnią (z c!."okładnością do jednej działki) z co najmniej 3 pomiarów. Po każdej zmianie skali lub oprawki p1erwsze dwa pomiary nie powinny być brane pod uwagę.
5. Uv.ragi do sprawozdania: Wykonać Opisać
schemat i załączyć opis twardościomierza przebieg próby z podaniem wyników.
Rockwella~
Opr~ować wnioski.
Ćwiczenie
11.12
POMIAR TWARDOśCI METODĄ VICKERSA
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z budową i obsługą aparatu Vickersa; przyswojenie podstawowych wiadomości o próbie Vickersa. 60
2. Wyposażenie: twardościomierz Brinella-Vickersa typu HP0-250 produkcji NRD, norma PN-78/H-04360, instrukcja obsługi aparatu Vickersa. 3.
Wiadomości uzupełniające
Na rys. II-25 jest przedstawiony twardościomierz' Brinella-Vicker·sa. Na dźwigni obciążnikowej 1 są zawieszone obciążniki 2. Przed gwałtownym zadziałaniem obciążenia na wgłębnik chroni tłu mik olejowy 3 . Położenie wyjściowe dźwigni jest zabezpieczone zapadką 4 . Badany przedmiot spoczywa na stoliku przedmiotowym 5. Przed dokonaniem odcisku należy odchylić i unieruchomić osłonę obiektywu 9 tak, aby nad miejscem przeznaczonym do pomjaru znajdował się trzpień z wgłQbnikiem 10, po czym za pomocą pokrętła 6 podnieść stół do ?
ra
się zależnie
diamentowego przy próbie Vickersa dobieod rodzaju badanego materiału. Obciążenie 294 N 61
3-
Rys. II-25. Schemat 1 -
5 9 -
dźwignia
twardościomierza
obciążnlkow a,
2 -
stolik przedmiotowy, 6 obiektyw, lCJ - wgłębnik, 11 -
uważa się
3 - tłum ik olejowy, 4 - zapadka., podnoszen ia, 7 dźwign ia, 8 ekran, przyciski
kółko
normalne. Dopuszcza się również stosowanie obciążeń: 9,8 N; 19,6 N; 24,5 N; 29,4 N; 49 N; 196 N; 490 N oraz 980 N. W próbach twardości cienkich wyrobów lub warstw powierzchniowych należy stosować zasadę, że obciążenie powinno być tym mniejsze, im cieńszy jest wyrób (lub warstwa) i im niż sza jest twardość badanej powierzchni. Powierzchnię S odcisku oblicza się wg wzoru
62
za
obciążenie
Brinella-Vickersa [6]
obcią·>.niki,
d2
d2
s - ---. a 2 sm 2 w którym: d -
a -
- - - m m2 1,8544
średnia
z obu zmierzonych przekątnych odcisku, tj. kwadratu będącego rzutem powierzchni ostrosh1pa na badana powierzchnię, kąt pomiędzy przeciwległymi ściankami wgłębni
ka (136°). Twardość mierzoną metodą 1
Vickersa oznacza
się
symbolem HV
wylicza z wzoru. HV = 0,189 ·
%z-
(gdy
siła
F jest
wyrażona w
N).
I
W praktyce nie oblicza się twardosci według podanego· wzoru, gdyż istnieją tablice, z których można odczytać twardość odpowiadającą danej długości przekątnej. Twardościomierz Vickersa zapewnia porównywalność wyników uzyskanych przy różnych obciążeniach. Jak pamiętamy, przy próbie Brinella jednakowy kąt wciskania (geometrycżne podobieństwo powierzchni wciskanej) był zapewniony tylko dla parametrów próby spełniających warunek F" = const. W próbie Vickersa n~
każdemu obciążeniu
odpo-
wiada odcisk w kształcie ostrosłupa o stałym kącie wierzchołko wym, a zatem dla różnych wartości obciążeń wyniki są między sobą porównywalne. Twardościomierz Vickersa ąmożliw1a dokonanie bardzo dokład nych pomiarów. Dokładność ta Jest uzależniona od prostopadłego us.tawienia przedmiotu badanego względem osi wgłębnika, co można sprawdzić przez pomiar obydwu ·przekątnych odcisku (przekątne te powinny mieć jednakową długość) . Jeżeli widziany w mikroskopie odcisk nie jest kwadratem, świadczy to o nieprawidłowym ustawieniu przedmiotu (rys. II-26). Powierzchnia próbki do badania twardości powinna być wygładzona pilnikiem, papierem ściernym lub przez szlifowanie. Przy stosewaniu obcią żeń do 49 N powierzchnia powinna być wypolerowana. Zastosowanie zamiast
ostrosłupa
średnicy umożliwia używanie
kulki stalowej o odpowiedniej twardościomierza do prób Brinella.
63
Rys. II-26. Odciski wgłębnika Vickersa: a) właściwy, b) niewłaściwy
"
.
ćwiczenia
4. Przebieg ' Odchylić
-
obiektyv.i:, zabezpieczając go zapadką. Wybrać (za pomocą przycisków) odpowiednie obciążenie. N a trzpień pomiarowy założyć końcówkę z diamentowym ostrosłupem .
-
-
-
Przedmiot badany umieścić na stoliku przedmiotowym i podnieść tak, aby wierzchołek wgłębnika znalazł się na wysokości 0,3+0,5 mm nad badaną powierzchnią. Zwalniając zapadkę spowodować powolne zagłębienie się wgłębnika w badany materiał; ukończenie pomiaru (po 12715 sekundach) jest sygnalizowane przez szczęk zapadki i automatyczne podniesienie się wgłębnika. Opuścić stół, przesunąć obiektyw w położenie pomiarowe; nasta wić ostrość obrazu. Śrubą mikrometryczną dokonać pomiaru długości przekątnej odcisku. Obracając okular o 90° zmierzyć drugą przekątną.
-
Obliczyć
z
twardość
z wzoru HV=0,189·
twardością otrzymaną
F
d2
i
porównać
z tablic.
5. Uwagi do sprawozdania;
64
Wykonać Opisać
schemat i opisać przebieg próby.
twardościomierz
Obliczyć twardość.
Podać
wnioski i
spostrzeżenia.
Vickersa.
Ćwiczenie
POMIAR
11.13
TWARDOŚCI
METODAMI POLDI i SHORE'A
1. Cel ćwicze11ia: zapoznanie skopu Shore'a oraz próbami dów
się
z
budową młotka
twardości
z
użyciem
2. Wyposażenie: młotek Poldi, płytka wzorcowa tek (1 kg); twardościomierz Shore'a.
3.
Pold1 tych
i
sklero-
przyrzą
twardości , mło
Wi<)domości uzupełniające
Pomiar twardości metodą Pold1 {rys. II-27) polega na porównaniu wymiarów odcisków kulki, wykonywanych równocześnie na przedmiocie badanym i na wzorcowej płytce twardości Brmella (najczęściej o twardości 200 HB, Rm około 700 MPa; stal St7) Rys. II-27. Pomiar młotkiem Poldi
twardości
Znając średnicę
odcisków kulki w materiale badanym i w płytce wzorcowej oraz twardość płytki wzorcowej , mozna obliczyć twardvść badanego przedmiotu wg wzoru
5 -
Pracownia techniczna dla techn.
65
w którym: HBw D dw d
-
twardość płytki
wzorcowej, średnica kulki w przyrządzie Poldi (10 mm), śre dnica odcisku w płytce wzorcowej, mm, średnica odcisku w badanym materiale, mm.
Metoda ta znalazła zastosowanie do badania twardości przedmiotów długich lub ciężkich nieprzenośnych, nie dających się ustawić na stoliku twardościom ierza stai;jonarnego. Metoda nadaje się do badania przedmiotów wykonanych z żeliwa lub stali nie utwardzonej. Zasada działania twardościomierza Shore'a (rys. II-28) polega na pomiarze wysokości odbicia się od powierzchni badanej niewielkiego ciężarka zakończonego twardym wgłębnikiem (agat), który spada na powierzchnię badaną z odpowiedniej wysokości. Im badany materiał jest twardszy, tym wyżej odskoczy ciężarek twardościomierza. Ponieważ każde uderzenie ciężarka powoduje utwardzenie się miejscowe powierzchni badanej, zatem każdy następny pomiar powinien być wykonany w innym miejscu, odległym od poprzedniego co najmniej o 1 mm. Metoda Shore'a znalazła zastosowanie przy masowym pomiarze małych przedmiotów. Należy pamiętać, że dla każdego rodzaju przedmiotów przed pomiarem przeprowadza się porównanie wyników tej metody pomiaru z innymi, a więc z metodą Rockwella, Vickersa (rzadziej Brinella). Zaletą skleroskopu Shore'a jest szybkość pomiaru (172 s) oraz niepozostawianie widocznego śla du na powierzchni badanej. Metoda ta ma jednak kilka wad, gdyż
I. 130
ł
100
I
50
~
Rys. II-28. Zasada
66
I
130
130 '
100
100
t dzia łani a .
skle roskopu Shor e'a
wysokość
odbicia się ciężarka od badanego materiału jest uzależ niona zarówno od twardości, jak i od modułu sprężystości danego materiału. Toteż odpowiednio wyskalowany skleroskop nadaje się do pomiaru materiałów o tym samym module Jounga. Również wymiary i masa badanych przedmiotów wpływają ·na wysokość odbicia ciężarka, dając podczas pomiaru różne wyniki. 4. Przebieg
ćwiczenia
Pomiar twardości metodą porównawczą Poldi: Przed dokonaniem badania założyć płytkę wrorcową do młot ka Poldi, ustawić przyrząd na badanym przedmiocie, wykonać młotkiem uderzenie prostopadłe do osi, dokonać pomiaru średnic d i dw odcisków w płytce wzorcowej i w badanym materiale, odczytać twardość z tablic lub dokonać obliczeń wg wzoru. Pomiar twardości metodą Shore'a: - Ustawić materiał na podstawie, podnieść ciężarek na odpowiednią wysokość, zwolnić przycisk podtrzymujący ciężarek, odczytać, na której działce zatrzymała się dolna krawędź cię żarka.
5. Uwagi do sprawozdania: Wykonać
schemat i opis: a)
Shore'a. ' Opisać przebieg prób, Pytania -
zestawić
młotka Po l~i,
b) skleroskopu
wnioski.
sprawdzające
miQdzy tarciem statycznym a tarciem kinetycznym. Od jakich czynników zależy wartość współczynnika tarcia? · Omówić budowQ i działanie zrywarki. Omówić charakterystyczne punkty wykresu rozciągania próbki. :N'a czym polega różnica między próbą ściskania a próbą rozciągania ? Do jakich materiałów stosuje siG próbę ściskania'? Jak się przepr·owadza prób q ściskania? Jakie naprężenia elementarne m·stępują przy próbie zginania ? Wyjaśnić różnicę
67
-
Wyjaśnić praktycznie istotG modułu sprężystoś1..1 podłui.nej . Na podstawie jakiego pomiaru można wyznaczyć moduł sprężystości podłużnej? Co to jest wskaźnik wytrzymałości? Jak się wyLn.acza wartość momentu zginającego? Omówić budowę i działanie młota Charpy'ego. Na czym polega próba
-
Omówić
-
udarności?
-
-
-
rodzaje tensometrów. Na jakich zasadach działają tensometry i do jakich prób się je s tosuje? Co to jest twardość Brinella? Jak się przeprowad;.,,a próbę twardości metodą Brinella? Jak się przeprowadza próbę twardośc i metodą Rockwella? Jaki jest zakres poszczególnych skal tej metody? Omówić pomiar twardości metodą Vickersa. Na czym polega WliwersaJność tej metody? Na czym polega pomiar twardości przyrządem Poldi? Jak d:.:iała skleroskop S hore'a?
'
...
I
Rozdział
Ili
BADANIE TECHNOLOGICZNYCH WŁASNOŚCI METALI
WIADOMOSCI WSTĘPNE
Dla zidentyfikowan1a tworzywa lub sprawdzenia 3ego przydatności zgodnie z przeznaczeniem nie wystarczy znajomość jego włas ności wytrzymałościowych. Np. do oceny tworzyw, z których mają być wykonane odlewy, potrzebna jest znajomość ich lejności, do innych - plastyczności, do jeszcze innych - skrawalności. Poza tym niezbędne są informacje na temat użytkowych własności materiałów, aby można było przewidzieć ich zachowanie się w zastosowaniu praktycznym. \V tym celu określa się np. podatność blach na tłoczenie, zginanie i wielokrotne zginanie, wytrzymałość drutów na przeginanie, nawijanie itp. W niniejszym rozdziale zamieszczono szereg ćwiczeń z tego zakresu. Na własności użytkowe materiału lub gotowego wyrobu mają d uży wpływ wady powstałe w czasie trwania procesów technologicznych (pęknięcia, wtrącenia niemetaliczne, zgięcia, zawalcowania, korozja i in.). Wykrywanie wad będzie treścią ćwiczeń op1sujących badania prostymi metodami kapilarnymi czy defektoskopem ultradźwiękowym. Przy projektowaniu cieplnych procesów technologicznych potrzebna jest znajomość zachowania się metalu lub stopu w podwyższonej temperaturze. Stąd w rozdziale nimejszym umieszczono również ćwiczenia ~ analizy cieplnej.
69
Ćwiczenie
111.1
PROBA ISKROWA STALI
' 1. Cel
ćwi<·zenia:
poznanie warsztatowej metody wyznaczania przyblizonej zawartości węgla i dodatków stopowych w stali na podstawie próby iskrowe j. 2. Wyposażenie: szlifierka stała o mocy ok. 1 kW i prędkości obrotowej n=1500 obr/min, komplet ściernic umożliwiających stałą pracę tym samym gatunkiem (twardość tarczy L lub M, ziarnistość 45 lub 60, spoiwo cernmiczne V, struktura średnio zwarta odmiana 6 lub 7, grubość tarczy do 20 mm, prędkość obwodowa ściernicy w czasie pracy ok. 20 mis); para okularów ochronnych; komplet wzorców stali o znanym składzie chemicznym; próbki stali o nieznanym składzie chemicznym; kolorowy rysunek iskier. 3.
Wiadomości uzupełniające
produkcyjnych. możliwe jest pomieszanie materiałów. Może ono nastąpić nawet przy najsprawniej działającej organizacji wewnętrznej, starannym i sumiennym znakowaniu materiałów i wzorowej gospodarce w składach materiałów wyj' ściowych i półfabrykatów. W warunkach przemysłowy;ch próba iskrowa jest szybką i wystarczająco dokładną metodą sprawdzania i kontroli międzyoperacyjnej materiału. Próba polega na zjawisku zróżnicowanego iskrzenia szlifowanej stall, zależnie od jej gatunku, tj. składu chemicznego. Iskrzenie jest efektem odrywania się drobnych rozgrzanych czą steczek od materiału szlifowanego. Po rozżarzeniu cząsteczki ulegają spaleniu, w czym bi orą udział wszystkie składniki stali, w pierwszym rzędzie węgiel, a następnie dodatki stopowe, które albo potęgują zjawiska iskrzenia, jak np. krzem, albo powodują charakterystyczne zabarw1enie iskier, jak np. wolfram, lub wreszcie tłumią iskrzenie, jak np. chrom. Skład chemiczny stali ma zasadniczy wpływ na kształt, barwę, natężenie, jasność i intensywność iskrzenia, przy czym w próbie iskrowej decydują fragmenty iskier, kształt promieni oraz wygląd rozprysków. Przy opisie chaW
70
zakładach
rakterystycznych cech i form iskrzenia należy uwzględnić, że promienie występujące podczas iskrzenia (rys. III-1) mogą być c1ągłe (a), przerywane b) lub rozgałęzione (c}, przy czym rozpryski występują w różnych miejscach promieni. Rozpryski na końcu i w środku promienia Il\Ogą mieć różne kształty (rys. III-2), jak kolce, gałązki, krople i maczugi. •
-------Ostrze
------- - - - ' - - - - -
b)
Rys. III-1. Podstawowe rodzaje iskier: a) z promieniem ciągłym, b) przerywanym, c) rozgałęzio nym [22]
Poza
kształtem
iskier
a)
b) ~
\~~
c)*
d~
e~t
f)~
;
,~
Rys. III-2. Rodzaje rozp rysk ów: a) włócznie, · b) kolce, c l kępki, d) g c.i łązki, e) krople, f) maczugi [22)
należy zwrócić uwagę
na ich
jasność
oraz barwę. Barwa może być białożółia, pomarańczowa, jasnoczerwona, czerwona, wiśniowa; jednakowa na całej długości promienia lub zmienna; ciemniejsza na początku, jaśniejsza na końcu promienia. Pewne zjawiska zachodzące podczas iskrzenia nie są zależne od składu chemicznego stali, lecz od warunków przeprowadzania próby. N a przykład długość snopu iskier zależy w pierwszym rzędzie od prędkości obwodowej tarczy i docisku próbki. Poprzednie procesy obróbkowe badanej stali mają również duży wpływ na wielkość · i gęstość snopu iskier - stal hartowana łatwiej iskrzy aniżeli stal wyżarzona . Wpływ pierwiastków chemicznych, zawartych w stali, na wygląd iskier przedstawia się następująco: (C) jest głównym składnikiem powodującym rozprysfu, na dwutlenek węgla rozsadza oderwaną czą steczkę, dając charakterystyczne efekty świetlne. Im więcej jest węgla, tym liczniejsze są iskry. Dlatego wzrastająca zawartość węgla do 0,8°/o powoduje coraz bogatsze zjawisko iskrzenia: roz-
-
Węgiel
gdyż spalając się
71
p ryski, począwszy od włóczni, przechodzą w kolce, a nawet w gal:. 1 zki. Początkowo promienie są cienkie, czerwone; przy wzrastającej zawartości węgla stają się coraz grubsze, żółtawe i b iało żółte. Przy zawartości WGgla powyżej 0,8°/o i.;:;krzeme jest uboż sze na skutek występowan ia węgla związanego w ziarnach cement y tu, który z trudnością ulega spaleniu. Przy takleJ zawartości węgla analiza iskrowa Jest utrudniona.
- Pie1·wiastki węglikotwórcze, występuj ąc w dużej ilości, znacznie zmniejszają, a nawet zupełnie tłumią rozpryski; otrzymuje się wówczas spokojny, zupełnie gładki snop iskier (np. przy szliiowaniu stali szybkotnących kwasoodpornych itp.). Wolf ram (W) daje charakterystyczne, przerywane promienie o barwie ciemnoczerwonej, a rozpryski nieliczne, ale bardzo wy-
-
raźnie
kroplowate. Przy średnich zawartościach wolframu wystę puje zakończeme promieni w kształcie oryginalnego szerokiego ostrza włóczru. W stalach wolframowych o zawartościach wqgla powyżej 0,8°/o występują charakterystyczne r ozpryski i giełkowe z końcówkami v.; formie maczug.
Chrom (Cr) w większych ilościach powoduje bardzo znaczne tłumienie iskrzenia, krótki i mało efektywny snop. Przy małych zawartościach Cr (poniżej 1°/o) próba iskrowa jest malo dokładna.
-
-
Nikiel (N'.i) jest bardzo trudny do rozpoznania. Jego obecności
towarzyszy wprawdzie pewne zgrubicrue biało świecące na przedłużonym ostrzu promienia, jednak uchwycenie tego zjawiska jest nadzwyczaj trudne i sprawia nawet doświadczonemu rzemieślnikowi znaczne trudności.
Molibden (Mo) jest stosunkowo łatwo rozpoznawalny, począwszy bowiem od 0,1°/o zawartośc i powoduje charakterystyczne oderwanie konca włóczm.
-
- Mangan (Mn) daJe wachlarzyka.
zakończenie
kolców rozprysku w postaci 1
- Krzem (Si) w stalach węglowych powoduje intensywne iskrzenie o jasnej barwic ; w stalach krzemowych (o zawartości Si powyżej 1~/o) występują jasne klinowe zgrubie nia, kończące się rozpryskiem
72
Usiłowame pam1ęc1owego opanowa·nia zjawisk iskrzenia Jest zbyteczne, gdyz próbę iskrową przeprowadza się w zasadzie przez porównanie iskrzen1a próbki badan<'j z próbką wzorcową o znanym składzie chem1c:t.nym. \Vzorce dobierane są tak długo, az otrzyma siq iskry 1dcntyczne z tymi, które towarzyszą szlifowaniu badane] stali. PróbG 1skrzenia badanej stali i wzorca można wykonywać równocześnie na jednej ściernicy (1ep.5ze warunki porównania) lub na zmfanę. Ściernica nie może być zanieczyszczona innymi materiałami, a materiały próbki i wzorca nie mogą być powierzchniowo obrobione cieplnochemicznie. Dlatego iskrzenia należy przeprowadzać możliwie na całym przekroju, a zarówno próbki, jak i wzorce powinny być w stanie wyżarzonym.
4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdzić
stan szlifierki, w szczególności pod względem bezpieczeństwa pracy. Zabezpieczyć oczy za pomocą okularów ochronnych, włączyć szlifierkę, przeprowadzić iskrzenie próbek wzorcowych (zaczynając od próbek stali o małej zawartości węgla, porówn:it: iskry z odpowiedmmi rysunkami lub sporządz1c komplet rysunków. Przeprowadzić próbę iskrową próbek o niez.nanym składzie chemicznym. Podczas szlifowania próbek starać się rozpoznuc charakterystyczne elementy iskrzenia, porównując je z rysunkami. Określić na podstawie próby iskrowej składniki stopowe probek o nieznanym składzie chemicznym. Wyłączyć szlifierkę. 5. Uwugi do sprawozdania: Opisać
-
krótko rodzaje obserwowanych rozpryskow. Załączyć rysunlti iskier otrzymanych podczas badania próbek stali. Opisać wymki i wnioski.
Ćwiczenie
111.2
PROBA ROZGINANIA KĄTOWNIKOW
l. Cel
ćwiczenia:
ności kątownika
zapoznanie' się ze sposobami sprawdzania odporna pęknięcie lub naderwanie przy rozginaniu.
2. Wyposażenie: młot mechaniczny, kowadło i cinki różnych kątowników, PN-76/H-04425. 3.
młot ręcżny,
od-
Wiadomości uzupełniające
Próbę
rozginania kątowników przeprowadza się w temperalurze pokojowej lub podwyższonej. Po rozgięciu ramion próbkę zgina się o kąt 90°, po czym sprawdza się powierzchnię próbki w miejscu zgięcia. Obserwacji próbki dokom.~je się okiem nieuzbrojonym. Rozginanie można wykonać za pomocą młota mechanicznego lub na kowadle przez uderzenie młotem ręcznyn1 lub mechanicznym. Próbki należy pobierać z końca kątownika przez odcięcie w dowolny sposób. Zaleca się długości próbek równe 678 długości ramienia kątownika. W przypadku odcinania za pomocą palnika krawędzie cięcia należy zestrugać na głębokość równą grubości ramtienia kątownika (jednak nie mniejszą niż 10 mm). Próbki znakuje się kolejnymi numerami. 4. Przebieg Próbkę
ćwiczenia
(rys. III-3a) ułożyć na kowadle, następnie rozginać przez uderzenia młotkiem ręcznym lub mechanicznym aż do osiągnię cia między ramionami kąta 180° (rys. IlI-3b). Tak przygotowaną próbkę należy zgiąć o kąt 90° (rys. III-3c i d) prostopadle do podłużnej osi kątownika. Wynik próby uważa się za dodatni, jeżeli po rozgięciu i zgięciu w sposób podany powyżej nie występują na powierzchni próbki pęknięcia i naderwania materiału widoczne nieuzbrojonym okiem. 74
Rys. III-3. Rozginanie kątownika na młocie mechanicznym
a)
c)
5. Uwagi do sprawozdania: -
Ustalić
wyniki i wnioski.
porównać
je dla kilku próbek oraz
opisać
I
Cwiczenie 111.3 PRÓBA TŁOCZNOŚCI BLACH METODĄ ERICHSENA
1. Cel ćwiczenia: wyznaczanie tłoczności blach przez wykonanie próby metodą Erichsena.
grubości
do 2 mm
2. Wyposażenie: przyrząd Erichsena, próbki różnych blach o wymiarach podanych w tablicy III-1, norma PN-79/H-04400. 3.
•
' Wiadomości uzupełniające
Próba tłoczności metodą Erichsena polega na powolnym wtła czaniu kulisto zako11czonego stempla stalowego 1 (rys. III-4) w blachę 2 dociśniętą do matrycy 3 za pomocą pierścienia dociskowego 4 aż do chwili pojawienia się w próbce przechodzące go na wskroś pęknięcia oraz na pomiarze głębokości wytłoczonego wgłębienia. Moment pęknięcia obserwuje się za pomocą lusterka
75
5 . Wymiary stempla, matrycy i dociskacza w bości
próbki podane
.I
są
poniższej
w
Wewnętrzna śr edoica,
mm
średnica szerokość grubość
lub
śred-
I pier
zakończenia
stempla
matrycy
0,2 : -2,0
0,2 7 2,0
90 i cej
wię-
55-790
I
I
nica
IE
od gru-
tablicy .
Wymiary próbki, mm
Symbol rodzaju próby
zależności
20 + 0,05
ścienia
docisko-
w ego
27+0,05
3 J+0,1
21+0,02
1 s+o,1 10 +0,1
15+0,02
-I Eu
0,2 :-1.0
30-7-55
8:!._ 0,02
11 +0,02 ·--
0,1-7-0,75
13-7-30
3+0,02
5+0,02
I
3,5 +0,1
Rys. III-5 przedstawia wykres tłoczności wg Erichsena w zależ ności od rodzaju i grubości materiału.
Rys. III-4.
Przyrząd
Erich sena stem.,,el, 2 - próbka, 3 - matryca, 4 pier ś cień docislcowy, 5 lust~rko, 6 podziałka 1 -
76
Rys. 111-5. Wykres zalezności głc;bokości wtłaczania od grnbości blachy mosiądz do głębokiego Uo- , czcnia, 2 - mosiądz Z\..ryklego gatunku, 3 blacha n~erdzewna. 4 - taśma stalowa do gł!iJbOkiego tłoczenia , 5 blacha alu;nlnlowa , 6 - blacha stalowa do głębokiego tłoczenia, 7 blach;:i s talowa d wukrotnie trawiona, 8 - blacha stalowa trawiona, 9 - blacha biała, 10 blacha cynkowa
1~0
1
14,0
13,0
12,0
v·"'
. .v
V
/
li'"
V
8,0
7,0
/
/ /
I :/_/
/
)VA
'/
'l
~
/
/
V
/1j
~
~
V
2
4
r---
J__ 6 7
-
,;?'T /
/1V /,V /, V/ I V V1 lf/ '/ V
11li/ /
/
1
V J
..../
.I ~
/
V
/
/
// / /
/
.....
/ /
/ /
/
/
V /
I
,,,,-
~
/li'"
I/
y
,,,
-- .....-
v-~
8
9
7
10
/
V
"
I; I I V
~o
o
I
I 0,2
45
1,0
6ru/Jość
i4
tB
blachy w mm
Wynik próby tłocmości metodą Erichsena stanowi średnia arytmetyczna wyników pomiarów głębokości trzech wtłoczeń. Oznacza się go symbolem IE z indeksem oznaczającym wewnętrzną średnicę matrycy i podaje głębokość wtałczania w milimetrach. Na podstawie wyglądu wytłoczonej wypukłości można wnioskować o wielkości ziarna badanego materiału. Gładka powierzchnia wypukłości charakteryzuje materiał drobnoziarnisty, chropowata
77
lub groszkowata - materiał gruboziarnisty. Ponadto z charakteru pęknięcia można wnioskować o jednorodności materiału. Głębokość wytłoczonego wgłębienia odczytuje się w mm na podziałce 6 przyrządu (rys. III-4) z dokładnością 0,01 mm. Niezgodność
1
warunków ciągnienia blachy w przyrządzie Erichsena z rzeczywistymi warunkami procesu tłoczenia jest następu jąca: przy wyciąganiu materiału w przyrządzie Erichena wystę puje przede wszystkim v.ryciskanie materiału; w procesie rzeczywistym odkształcenie powstaje przez przesunięcie objętości metalu pod wpływem naprężeń wzdłużnych rozciągających i stycznych. Druga istotna różnica dotyczy prędkości odkształcenia, która w procesie rzeczywistym jest niewspóbniernie większa. 4. Przebieg
1
-
ćwiczenia
Próbę tłoczności należy przeprowadzać
w temperaturze oto-
czenia, lecz nie niższej niż 10°C. Przystępując do przeprowadzenia próby należy: dokonać oględzin próbki, zmierzyć grubość próbki co najmniej w trzech miejscach z dokładnością do 0,01 mm i obliczyć średnią arytmetyczną, natłuścić smarem z dodatkiem grafitu obie strony próbki, części robocz~ stempla oraz matrycę, docisnąć próbkę pierścieniem dociskowym do matrycy (nacisk pierścieniem powinien wynosić .około 10 kN). Ustalić na podziałce początkowe (zero) położenie stempla, a następnie wtłaczać go w próbkę bez wstrząsów i uderzeń z prędkością 5-7-20 mm/min (przy końcu próby należy zmniejszyć prędkość wtłaczania w celu dokładniejszego określenia momentu powstawania pęknięcia, kiedy następuje nagłe obniżenie siły wtłaczania).
-
Zmjerzyć
0,1 mm i
głębokość
wtłoczenia
(wgłębienia)
obliczyć średnią arytmetyczną
z dnkładnością z co najmniej trzech
głębokości.
-
Dokonać oględzin równać
78
powierzchni wytłoczonej wypukłości i poz powierzchnią próbki przed wykonaniem próby.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
-
-
Podać
gatunek badanego materiału, grubość próbki z dokład nością 0,01 mm, szerokość próbki z dokładnością 1 mm, śred nicę kulistego zakończenia stempla zastosowanego podczas próby oraz temperaturę, w jakiej została przeprowadzona próba. Podać głębokość każdego wtłoczenia z dokładnością 0,1 mm, obliczyć średnią arytmetyczną wyników pomiarów głęboko ści wtłoczeń z dokładnością 0,1 mm. Opisać charakterystyczne cechy pęknięcia i powierzchni wypukłości.
-
Opisać
Ćwiczenie
wnioski.
111.4
PRćBA PODWćJNEGO
ZGINANIA I PRćBA ZAWIJANIA ZE ZGINANIEM
BLACH CIENKICH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z próbą technologiczną podwójnego zginania, tzw. próbą kopertową lub chusteczkową, i próbą zawijania ze zginaniem, czyli próbą zginania podwójnego zamka (podwójnej zakładki), stosowaną do badania blach cienkich o grubości do 0,8 mm. Próba ma na celu określenie podatności blachy na odkształcenia, a w przypadku blach pokrytych warstwą ochronną trwałości przylegania warstwy ochronnej. 2. Wyposażenie: 3 próbki blachy o wymiar?Ch 2oox2ooxo,8 mm o krawędziach do siebie prostopadłych, trzpień walcowy o średnicy 10 mm, PN-62/H-04405. ' 3.
Wiadomości uzupełniające
Próba polega n a zginaniu próbki blachy o wymiarach nie mniejszych niż 200X200 mm. Pierwsze z~ięcie wykonuje się o kąt 180° (złożenie blachy), drugie - dokoła osi prostopadłej do osi pierwszego zgięcia. Najpierw zgina się o kąt 9·0° na trzpieniu o śred nicy 1O mm, po czym wyjmuje się trzpień i zgina próbkę dalej aż do st yku ramion. 79
a)
b)
c) .
·1
E§2J Rys. 111-b. P r óba zawiJa nia blach · a), b) c), d) k olejne etapy zawijania
a)
I
'•
Li150
R ys. IIJ-7. Zgincmie
7
zawiniętych
blach
Próba zawiJania ze zgmaniem polega na ścisłym zł ącze niu dwóch odcinków blachy (przez podwójne ich zawinięcie - rys. III-6) i następnym zginaniu i rozginaniu wzdłuż osi prostopadłej do osi zawim~ia (rys. III-7a, b). Zginanie prz.eprowadza się na trzpi eniu o prom1eniu równym 375-krotnej grubości blachy. Kąt zginania nie powinien być większy niż 45°. Zginanie i prostowanie powtarza siq do osiągnięcia liczby zgięć określonej normami przedmiotowymi. Próbę przeprowadza się w temperaturze nie niższej niż 10°C. 4. Przebieg
-
\Vykonać
ćwiczenia
próby wg opisu z p. 3.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
80
Opisać wygląd
powierzchni próbek w miejscu zgięcia. Porównać wyniki prób różnych rodzaJÓW blach. Ustalić i zanotować wnioski.
Ćwiczenie
111.5
PROSA PRZEGINANIA BLACH,
TAśM
I BEDNARKI
1. Cel ćwiczenia: zbadanie odporności blach, tasm 1 bednarki na
rozv.rarstwienia, naniu. 2. Wyposażenie: H-04407. 3.
pęknięcia
lub
urządzenia
złamania
przy w jelokrotnyrn zgi-
do przegmania, próbki, norm a PN-74/
Wiu
Próbie na zginanie wielokrotne poddaje się blachy, taśmy i bednarkę łb grubości do 3 mm. Dla stali zaleca siq stosowanie zależ nie od jej grubości, wałków o promie ni ach zestawionych w poniższej tablicy. Grubość
Promień
próbki mm
pow yżej powyżej
0,3 0,5 1,0
powyżej
1,5
powy~ej
rolki R mm
do do do do do
0,3 0,5 J,0 1,5 3,0
1,0 2,6 5,0 '7,5 10,5
Przyrząd
do próby przeginania powinien być iak zbudowany, aby płaszczyzna przechodząca przez osie wałków była prostopadła do płaszc7.yzny próbki (rys. III-8). Odstęp pomiędzy próbką a wał kami, mierzony na linii łączącej środki krzywizny wałków, nie powinien być większy niż 0,1 mm. Odległość pomiędzy wałkami a prowadnicą swobodnego końca próbki powinna wynosie 25-7-:-50 mm. Przyrząd powinien być wyp osażony w wymienne szczęki z wał kami o promieniach 1,0; 2,5; 5,0 i 10,0 mm lub szczę ki zaokrąglo ne tymi promieniami. Próbki pobiera się z materiału przeznaczonego do obróbki plastycznej. Długość próbki powinna wynosić ok. 150 mm. Odcinki 6 -
Pracownia techniczna dla techn.
81
Próbka Ożwi
Rys. III-8. Przyr,ząd do przeginani.a ta śm
'f1ia
Prowadn'
·p róbne obrabia się na szerokość 20 ± 5 mm. Ostre krawędzie próbek należy zaokrąglić pilnikiem. Taśmy i bednarkę o szeroko·ści mniejszej niż 20 mm poddaje się próbie w stanie nie obrobionym. Powierzchnie obrobione i nie obrobione nie powinny wykazywać skaleczeń, pęknięć, zgorz.eliny oraz przepalenia. Z próbek odcinanych na nożycach należy usuwać warstwę utwardzoną o szerokości równej grubości próbki. Próbki zniekształcone przy cięciu nożycami lub palnikiem należy prostować pod prasą na zimno. Próbki należy oznaczyć na jednym końcu numerem kolejnym. Próbę przeprowadza się w temperaturze 20 ± 5°C, o ile normy ·szczegółowe lub warunki techniczne nie przewidują inaczej.
4. Przebieg -
ćwiczenia
Zamocować próbkę' w szczękach w położeniu pionowym. Zginać próbkę na przemian w jedną i w drugą stronę o kąt
90°z prędkością okołó jednego przegięcia na sekundę. :82
-
W czasie przeprowadzania próby obserwować ·powierzchnię próbki w miejscu zgięcia; zginanie przerwać z chwilą pojawienia się pęknięcia. Jako jedno przegięcie uważa siq zgięcie o kąt 90° i p<>wrotne odgięcie do wyjściowego położenia pionowego (rys. III-9).
Rys. III-9. Przebieg .przeginania taśm Przegięcia poprzedzającego pęknięcie
próbki nie zalicza się. Moż na również liczyć pomijając pierwsze zgięcie próbki o 90°, a zaliczając dopiero każde przegiQcie o 180° (od jednego do drugiego. położenia poziomego). Jako ostatnie zalicza się wówczas przegię cie, w czasie którego próbka pękła. 5. Uwagi do sprawozdania:
-
-
Po wykonaniu próby zanotować temperaturę otoczenia, w jakiej przeprowadzono próbę, liczbę pęknięć, promień wałków.' i określić wygląd przełomu, o ile próbka uległa złamaniu. Załączyć szkic urządzenia. Opisać wyniki próby oraz podać wnioski.
Ćwiczenie
111.6
PRóBA ROZTtACZANIA RUR
1. Cel
ćwiczenia:
Zapoznanie z przebiegiem badania technologicznego roztłaczania rur o średnicy zewnętrznej D do 150 mm i grubości ścianki g do 9 mm w celu stwierdzenia odporności rur na pęknięcia lub naderwania. 2. Wyposażenie: próbka zgodna z normą, trzpień stożkowy, zbiornik z olejem, prasa śrubowa, norma PN-78/H-04414, arkusz 03. 83
3.
Wiadomości uzupełniające
(rys. III-10) aż do osią gnięcia przepisanego stopnia roztłoczenia i sprawdza się, czy na powierzchni próbki nie wystąpiły pQknięcia lub naderwania. Próbę roztłaczania przeprowadza się na prasie za pomocą stalowych trzpieni stożkowych o kącie wierzchołkowym {3=30°, 45°, 60° lub 120°, albo trzpieni o zbieżności 1:10 lub 1:20. Powierzchnie trzpieni powinny być utwardzone i polerowane. Normy przedmiotowe dla rur zawierają dane dotyczące trzpieni i stopnia rozW
próbkę wtłacza się trzpień stożkowy
tłocz enia .
Du
Rys. III-10. Schemat roztłaczani'\ rury
D Próbę roztłaczania
przeprowadza się w temperaturze otoczenia, lecz nie niższej niż lO uC, jeże]i normy przedmiotowe dla rur nie przewidują inaczej. Jako stopień roztłoczenia X przyjmuje się stosunek wartości przyrostu średnicy do średnicy pierwotnej, wyrażony w procentach. X=
D -D UD . 100%
Odcinek próbny pobiera się z końca rury przez odcięcie w dowolny sposób nie powodujący odkształceń. Długość gotowej próbki powinna wynosić 50-:-150 mm. W przypadku odcinania palnikiem krawędzie gotowej próbki powinny być odległe od krawędzi cięcia nie mniej niż 20 nun w celu zabezpieczenia materiału próbki przed zmianami własności 84
wskutek m iejscowego nagrzania. Próbę można rówrnez wykonać bezpośrednio na końc u rury, bez odcinania próbki. P owier zchnie czołowe próbek powinny być obrobione methanicznie. Krawędzie nie powinny mieć zadziorów, mogą być zaokrąglone lub stępione . Płaszczyzny czoło we próbki powinny być prostopadłe do osi próbki.
I
4. Przebieg
ćw iczenia
Próbkę ustawi ć
podkładce
prasy, w drugi ko.q.iec próbki wstaw ić współosiowo trzpień i wtła czać go z prędkością nie większą ni ż 50 mm/min aż do uzyskania średnicy Du obliczonej wg wzoru
lub do
głębokości Z
na
obliczonej wg wzoru l = D· -
~ µ
200 . t'j ~
-
-
2
Przed wtłaczaniem · należy trzpień obficie posmarować gę stym olejem . W czasie przeprowadzania próby trzpień nie powinien się obracać. Sprawdzanie próbek po roztłaczaniu przeprowadza się nieuzbrojonym okiem , przy czym odpadnięcia warstwy tlenków nie bierze się pod uwagę.
5. Uwagi do sprawozdania: - Narysować schemat próby i - Ustalić wnioski. Ćwiczenie
opisać
wyniki próby .
111.7
PROBA NAWIJANIA DRUTU
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z warunkami próby nawijania drutu na trzpień w celu określenia własności plastycznych, nie/
•
85
jednorodności materiału, jakości
przylegania ochronnej, wykrycia wad powierzchniowych. ,
nałożonej powłoki
2. Wyposażenie; trzpien do nawijania drutu, tokarka, drut do nawijania, norma PN-65/M-80004. 3.
Wiadomości uzupełniające
Próbki stanowią odcinki drutu o długości wystarczającej do wykonania pFóby, tj. odpowiadającej liczbie 5+ 10 nawiniGć zwojów rlrutu na trzpień (rys. III-11). Nawijanie powinno przebiegać tak. aby zwoje drutu ściśle przylegały do siebie i tworzyły linię śru bową. Średnicę trzpienia D ustala siG w zależności od gatunku drutu i jego przeznaczenia. Bywa, że rolę trzpienia odgrywa sam
D
Rys. III-11. Próba nawijania drutu
badany drut. Drut nawija się na trzpień ze stałą prędkością (najwyżej jeden obrót na sekundę) tak, aby nie p~wodować nagrzewania próbki w stopniu wpływającym na wynik próby. Dla zapewnienia ścisłego ułożenia zwojów obok siebie dopuszcza się stosowanie obciążenia końca próbki siłą powodującą naprężenia nie przekraczaj ące 2°/o wytrzymałości na rozciąganie badanego drutu. Próba powinna być przeprowadzana w pomieszczeniach o temperaturze 20 ± 5°C. Wynik próby uważa się za dodatni, jeżeli prół?ka po nawinięciu na trzpień nie wykazuje PGknieć. Oględziny próbki przeprowadza się nieuzbrojonym okiem. 4. Przebieg
ćwiczenia
Umocować i
""
•
w uchwycie tokarskim
trzpień
do nawijania drutu.
Ustawić tokarkę tokarkę, nawinąć
na minimalną prędkość 5+10 zwojów drutu.
obrotową, włączyć
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać wygląd zewnętrzny
~
poszczególnych próbek drutu po
nawinięciu.
-
Zestawić
Ćwiczenie
wyniki i
podać
wnioski.
111.8
PROSA WYWIJANIA
KOŁNIERZA
RUR,
1. Cel ćwiczenia: poznanie próby wywijania kołnierza rur o śred nicy zewnętrznej D do 150 mm i grubości ścianki do 9 mm. 2.
próbka wg normy, trzpień stożkowy, trzpień współosiowy, zbiorniczki z olejem, prasa śrubowa, norma PN-78/H-04414, arkusz 04. 3.
Wyposażenie:
Wiadomości uzupełniające
Zasada próby polega na tym, że na jednym końcu rury wywija się odpowiedni kołnierz w płaszczyźnie prostopadłej do osi rury oraz sprawdza się, czy na powierzchni próbki nie wystąpiły pęknięcia lub naderwania. · Odcinek próbny pobiera się z końca rury, przez odcięcie w dowolny sposób, nie powodujący odkształceń. Długość gotowej próbki powinna wynosić 50+150 mm. Dopuszcza się stosowanie krótszych próbek pod warunkiem, że walcowa część próbki po wykonaniu próby nie jest krótsza niż 1/2 D. W przypadku odcinania palnikiem krawędzie próbki powinny być dostatecznie odległe od krawędzi cięcia w celu zabezpieczenia materiału prqbki przed zmianami wskutek miejscowego nagrzewania. Powierzchnie czołowe próbek powinny być obrobione mechanicznie, a krawędzie zewnętrzne i wewnętrzne zaokrąglo.ne lub stę pione. Płaszczyzny czołowe próbki powinny być prostopadłe do 87
osi rury. Próbki znakuje się numerami k olejnymi. Próbę wywija·n ia kołnjerza przeprowadza s1ę pod pr asą za pomocą trzpienia przedstawionego na rys. III-12a. Następnie mozna użyć trzpienia przedstaw10nego na rys. lII-1 2b. Powierzchnie trzpieni powinny
.
,
a)
D
Rys. III-12. Schemat wywijania k olnierza rury być
utwardzone i polerowane. Średnica kołnierza naciskającego p owinna być większa od średnicy \X.'YWiniętego kołnierza . Niektóre wymiary trzpieni podane są na rys. JII-12. 4. Przebieg
ćwiczenia
Próbkę usta wić
w drugi koniec próbki wstawić współosiowo trzpień stożkowy 1 wtłaczać go za po1nocą prasy w próbkę aż do otrzymania takiej średnicy zewnętrznej, przy które j szerokość wywiruętego kołnierza odpowiada wymaganiom normy przedmiotowej dla rur. Wyj ąć trzpień stożkowy, wstawi ć trzpień współosiowy i wtła czać go do całkowitego wywinięcia kołnierza prostopadłego do osi rury (trzpień należy wtłaczać z prędkością nie większą mż 50 mm/min). Przed wtłaczamem należy trz pień posmarować obficie gęstym olejem. W czasie przeprowadzania próby trzpień nie powinien obracać się wewnątrz próbki. Sprawdzanie próbek po wywinięciu kołnierza przeprowadza
88
na
podkładce,
się
-
nieuzbrojonym okiem, przy czym odpadających warstw tlenków nic bierze się pod u wagG. Po przeprowadzeniu próby należy zanotować zewnętrzną średnicę lub szerokość wywimętego kołnierza oraz kąt wywinięcia, miejsca i charakter nadcrwa11 lub inne wady .
• 5. Uwagi do
sprawozcł:'mia :
Narysować
-
szkic wywijania kołnierza na próbce rury, opisać obserwowane powierzchnie. Ustalić wyniki próby z użyciem kilku próbek, porównać je i wyciągnąć wnioski.
Ćwi czen i e fll.9 PRÓBA PRZEGI NANIA DRUTU
1. Cel ćwi czenia: zapoznanie się z próbą przeginania drutu i walcówki (o średnicy lub grubości 0,3-:-10 mm) w celu określenia podatności próbki na odkształcema plastyczne i wykrycia wad wewnętr znych materiału.
2. Wy posażenie: próbka drutu o długości 100-:-150 mm, przyrząd do przeginania drutu, drewniany młotek. norma PN-75/M-80002. ~.
\-Viadomości uzupełniające
na odkształcema plastyczne można \.vniosna podstawie liczby nieniszczących przegięć, a o wadach materiału na podsta\x.:ie przełom\l próbki. Przyrząd do przeginania drut u (rys. III-13) powinien być wyposażony w komplet wymiennych walków oraz prowadnic dla całego zakresu śred.rn.c lub grubości badanych próbek. Powierzchnie pracujące wałków powinny być polerowane i mieć twardość taką, aby przeginana próbka nie pozostawiała na nich śladów wgnieceń. Szczęki mocujące próbkę powinny mieć możność rozsuwania się i zsu\.\-aru.a w ten sposób, aby oś zaciśniętej próbki była prostopadła do osi O
podatności materiału
kować
89
Rys. III-13.
Przyrząd
do przeginania drutu
wałków zginających.
powinny być równoległe do siebie i prostopadłe do płaszczyzny zginania. Odstęp pomiędzy zamocowaną próbką i wałkami zginającymi nie powinien być większy niż 0,1 mm. Szczęki mocujące próbkę powinny zaciskać próbkę nn długości c.:o najmniej 25 mm. Prowadnica musi być umocowana do dźwigni. Wychylenie obustronne dźwigni o 90° powinno być ograniczone zderzakami. Ododstęp h górnej stycznej powierzchll!i wałków zginających od ®lnej powierzchni prowadnicy powinien odpowiadać wymiarom podanym w poniższej tablicy (w mm). średnica
I Długość
Osie
lub
do
2,5
powyżej
2,5
wałków zginających
grubość
h
25-750 50-770
może wynosić
100+ 150 mm. Przed badaniem należy próbkę wyprostować. Prostowanie przeprowadza się ręcznie, z użyciem drewnianego lub plastykowego młotka; wygięcie próbki w płaszczyźnie zginania jest dopuszczalne. W czasie prostowania nie wolno uszkodzić powierzchni próbki lub spowodować jej utwardzenia. Do prób nic należy używać próbek poddanych uprzednio innym badaniom, które by mogły mieć wpływ na zmiany właściwości mechanicznych próbki. Obliczanie liczby przegięć przeprowadza się zgodnie z rys. III-9.
90
pobranej próbki
próbki
Przeginanie należy wykonywać z prędkością nie większą niż 1 przegięcie na sekundę tak, aby nagrzanie się próbki nie miało wpływu na wynik próby. Raz zaczętej próby nie należy przerywać. Obracanie się próbki, jak również podłużne przesuwanie się jej w szczękach w czasie wykonywania próby, czyni próbę nieważną. Przy średnicy lub grubości próbki mniejszej od 10 mm należy stosować urządzenia naprężające, przy czym wartość naprężenia nic powinna przekraczać 3°/o wytrzymałości na rozciąganie próbki. Zależnie od wymiaru próbki promienie wałków zginaj ących i śred nice prowadnic dobiera się wg poniższej tabliqy. Srednica lub grubość próbki
I Promień
R walka
zginające go
I
Srednica d i otworu w prowadnicy
mm
0,5-7-1,2 1,2-7-2,0 2,0-7-3,0 3,0-7-4,0 4,0-7-6,0 6,0-7-8,0
4. Przebieg -
2,5 5 7,5 10
15 20
1,5-: 2,0 2,0 :-3,0 3,0 ;--4,0 4,0-7-5,0 5,0-7-7,0 7,0-7-9,0
I
ćwiczenia
Próbkę drutu przesunąć przez otwór w szczękach przyrządu prostopadle do płaszczyzny przech
Za pomocą dźwigni przeginać próbkę w prawo o 90° do zderzaka i z powrotem do położenia wyjściowego; przeginanie prowadzić aż do złamania. Uwaga. P,rzegięcia, przy którym nastąpiło złamanie próbki, nie wlicza się do liczby przegięć, które próbka wytrzymała. 5. Uwagi do sprawozdania
-·
Opisać
uzyskane wyniki. Porównać wyniki badań kilku różnych rodzajów próbek drutu. Zestawić wyniki, podać wnioski. Załączyć szkic przyrządu do przeginania.
91
Ćw i czen i e
111.10
TECHNOLOGICZNE METODY BADANIA
ZŁĄCZY
SPAWANYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznani0 się z przebiegiem prob technologicznych złączy spawanych oraz wykry wani em wad spoin. 2.
Wyposażenie:
próbka złą cza spawanego wg PN-67/M-69707, urządzenia do zginania próbek, dwie podpory m etalowe pod próbkę, młotek lub prasa do zginania, lupa o powiększen iu lOx, normy PN-75/M-69703, PN-78/ M-69720, PN-58/ M-69740, PN-58/ M-69741. 3.
Wiadomości uzupełniające
spawanych służą przewazrue do określ ania odkształceń materiału w mjejscach spoin, jak również w ich okoUcy. Próby t e ma j ą na celu zbadanie zachowania się złącza w warunkach podobnych do przyszłych warunków eksploatacji.
Próby technologiczne
złączy
Próby technologiczne stosuje się jako próby probiercze, ponieważ są one łatwe do przeprowadzenia zarówno ze względu na prostotę przyrządów, juk i na zredukowanie do minimum obróbki badane j spoiny. Podczas procesu spawania mogą powstać różnego rodzaju wady (zewnętrzne i wewnętrzne), które w następstwie powodują osła bicnie złączy. Wykonuje się różnego rodzaju badania złączy spawanych. Badanie spoin przez oględziny zewnętrzne polega na obserwacji i pomiarach spoin w celu stwierdzenia, czy ich kształt i wymiary są odpowiednie i wykonane zgodnie z dokumentacją techniczną, or a z czy nie zawierają one widocznych wad powierzchniowych. Jako badanie uzupełniające do oględzin zewnętrznych stosuje si ę badanie przez nawiercanie spoin. Nawiercanie stosuje się w miejscach o wątpliwej jakości lub w punktach wybranych metod ą wyrywkową . Nawiercanie wykonuje się za pomocą wierteł albo frezów - palcowych, walcowych lub stożkowych. Srednica wiertła powinna być o 273 mm większa od szerokości spoiny, tak aby po nawierceniu można było zaobserwować również strefq przejścio wą . Badania złączy na szczelność w ykonuj e się z uży 92
•
ciem nafty i kredy, go powietrza.
metodą próżniową
oraz za
pomocą sprężone
Podział
wad złączy spawanych podany jest w normie PN-75/M-69703. Wybór metody badania zależy od rodzaju przewidywanych wad. Najskuteczniejszymi metodami badania spoiny są badania radiograficzne i ultradźwiękowe. Najprostsze i najczęściej stosowane badania spoin sprowadzają się do badań mechanicznych specjalnie przygotowanych próbek w celu określenia ich wytrzymałości na rozciąganie, twardości, plastyczności lub udarności. Często stosowaną próbą t.echnologiczną jest próba zginania złączy spawanych. Do próby zginania płaskich złączy spawanych wg PN-78/M-69720 stosuje się próbki płaskie (poprzeczne A, poprzeczne B, podłużne C), prętowe D, rurowe E. Rys. III-14a przedstawia schemat zginania próbek płaskich i z prętów okrąg łych.
Próby zginania przeprowadza się w temperaturze 10 7 30°C. Zginanie próbki należy prowadzić do żądanego kąta zgięcia (rys. III-14c). W razie wystąpienia pęknięć na powierzchni próbki zginanie należy przerwać. Jeżeli po zginaniu próbka nie wykaże pęknięć, należy ją dalej doginać pod prasą lub w imadle aż do równoległego położenia ramion. Po ukończeniu zginania należy zmierzyć kąt zgięcia próbki i odnotować charakterystyczne cechy , zg1ęcia.
Jeszcze
inną
z najprostszych prób technologicznych jest próba łamania złącza spawanego. Polega ona na złamaniu próbki w spoinie w celu zbadania jej przełomu. Oględzin przełomu spoiny dokonuje się gołym okiem lub za pomocą lupy. Na podstawie oględzin można stwierdzić obecność wad wewnętrznych, jak braki pr~etopu, pęknięcia, pęcherze, żużle, przyklejenia, przepalenia i przegrzania, a więc można uzyskać informacje o własn o ściach plastycznych i wytrzymałościov,rych spoiny. Jeże li
zlamanie próbki następuj e bez Vvidocznych odkształceń, a powierzchnia przeło mu ma wygląd błyszczący, krystaliczny, o grubych ziarnach - wskazuje to na kruchość materia ł u . W wypadku otrzymania przełomu matowego, włóknistego, drobnoziarnistego, z odkształceniami w okolicy pęknięcia, na le ży wnioskować . że spoina jest ciągliwa. Sposób przeprowadzania próby 93
___.____);(- Jii
,,._~
B
t:•~791Jtc
c:::;
E
l=D0
"
Rys. III-14. Próby spoin: a) zginanie próbki płaskiej lub z pręta okrągłego, v) rodzaje próbek, c) kąt zgięcia próbki, d) łamanie złącza doczołowego, e) łama nie złącza kątowego
łamania złączy doczołowych
(PN-58/l\il-69740) przedstawiono na rys. III-14d. Próbkę ustawioną na podporach poddaje się łama niu pod prasą lub uderzeniami młota. Podobnie wykonuje się próbę łamania złączy kątowych (PN-58/M-69741). Rys. III-14e przedstawia sposób przeprowadzenia tej próby. Po złamaniu próbkę poddaje się oględzinom przez szkło powiększające, a wyniki (opis przełomu ze szczególnym uwzględnieniem wad spawania} notuje się. 4. Prze bieg
-
ćwiczenia
Przeprowadzić próbę paskową złącza
Przeprowadzi(:
próbę języczkową złącza spawaneg~.
P..rzeprowadzić próbę łamania
Dokonać ogl~dzin łym
spawanego.
okjem lub z
miejsc
użyciem
próbki
złącza
odkształconych
lub
spawanego. pękniętych
go-
lupy.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Opisać
krótko wady występujące w złączach spawanych. wyniki przeprowadzonych prób złączy i wyciągnąć: wnioski. Załączyć niezbędne szkice badanych próbek.
· Opisać
Ćwiczenie
111.1 1
WYKRYWANIE WAD W METALU PRZEl
1. Cel
ćwiczenia:
OGLĘDZINY
poznanie najprostszych metod wykrywania wad
metalu. 2.
Wyposażenie: półfabrykat,
3.
\Viadomości uzupełniające
odlew.
Metoda oględzin nie wymaga w zasadzie żadnych przyrządów i ma szerokie zastosowanie ze względu na prostotę wykonania.
Nie daje wprawdzie dokładnych wyników, mimo to jest bardzo 95
pomocna w określaniu wad, szczególnie przedmiotów mało odpowiedzialnych. Zaobserwowane wady ze wnętrzne mogą być przyczyną np. późniejszych pęknięć lub nieprzydatności przedm10tu w pracy. O jakości materiału można też wnioskować na podstawie dźwięku, jaki wydaje próbka pod wpływem uderzenia młot kiem. Oględziny można stosować do materiału wyjściowego lub półfabrykatów, do przedmiotów gotowych lub po pewnych fazach obróbki. 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Określić
rodza j materiału (np. stal, żeliwo, brąz itp.). stan przeróbki i obróbki ma teriału (np. odlew, materiał walcowany, ciągniony, kuty, toczony, frezowany , szlifowany). Zastanowić się n;;i.d iypoy;rymi wadami występującymi w danej fazie przeróbki i obróbki materiału (np. chropowatość) i szukać tych typowych 'Yad na przedmiocie. Określić rodzaje zaobserwowanych wad. Na podstawie wykrytych wad określić przydatność materiału lub przedmiotu do produkcji, biorąc pod uwagę wymagania norm lub warunków podanych n a rysunku bądź w instrukcji odbioru. Określić
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Opisać
krótko przebieg
badań
przez
oględziny i
na podstawie
dźwięku.
-
Podać prz ykłady Zestawić
Ćwiczenie
wyniki.
wykrytych przez siebie wad. podać wnioski.
111.12
BADANIE METALJ METODAMI KAPJLARNVMI (PRóBV
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie wania wad w metalu.
96
się 'Z
SZCZELNOśCl)
metodami kapilarnymi wykry-
2.
Wyposażenie:
posażenie
3.
nafta, woda mydlana, woda czysta i kreda; wydo próby wodnej.
Wiadomości uzupełniające
W metodach kapilarnych . są wykorzystywane zjawiska włosko watości. Nafta np. wnika do bardzo wąskich szczelin materiale, nawet nie\vidocznych gołym okiem. Metody kapilarne są bardzo proste, nie wymagają specjalnych urządzeń i dają dobre wyniki. Można je zaliczyć do metod warsztatowych (w przeciwień stwie do metod z następnych ćwiczeń, które można nazwać metodami laboratoryjnymi). Do metod kapilarnych można zaliczyć: a) badanie naftą, b) badanie mydlaną wodą, c) badanie czystą wodą.
w
4. Pnebieg
ćwiczenia
Badanie kapilarne naftą Metodę tę stosuje się do wykrywania drobnych pęknięć na wylot w przedmiotach o średniej grubości ścianek. Przebieg czynności jest następujący: - Wybrać przedmiot do badania (na przedmiotach dużych okreś lić przypuszczalne miejsce pęknięcia) . - Okolicę pęknięcia posmarować z jednej strony wapnem (lub natrzeć kredą) i wysuszyć (przedmioty małe posmarować wapnem na całej powierzchni z jednej strony); odwrotną stronę natrzeć kilka razy naftą za pomoeą pędzla. Czekać do momentu przejścia nafty przez szczelinę na wylot. Obserwować zmianę koloru wapna wskutek nasiąkania naftą . - Pęknięte miejsca obrysować kolorową kredą. - Określić ·wymiary i charakter pęknięcia oraz jego wpływ na nieprzydatność przedmiotu do pracy. Metoda jest tania, szybka i prosta. Badanie kapilarne wodą mydlaną Metoda ta nadaje się do kontroli szczelności różnych połączeń i przewodów doprowadzających powietrze lub inne gazy. Można '1 -
Pracownia techniczna dla techn.
97
•
ją również stosować
zbiorników pracują cych przy niedµżych nadciśnieniach. Wykorzystuje się tu zjawisko napięcia powierzchniowego. Powietrze przechodzące przez wodę tworzy bańki, które szybko pękają; jeżeli natomiast przechodzi przez wodny roztwór mydła, to wytworzone bańki pękają wolniej. Umożliwia to uzyskanie dłuższego czasu obserwacji. Metoda ta jest szczególnie przydatna do wykrywania bardzo małych otworów lub szczelin w uszczelnieniach. do badania
szczelności
Badanie należy przeprowadzić następująco: - Wybrać połączenie do badania. - Przygotować wodny roztwór mydła lub posłużyć się szamponem do mycia włosów. - Nasmarować roztworem badane połączenie . - Wytworzyć wewnątrz przewodu lub zbiornika nieduże nadciśnienie.
Czekać
do momentu
przejścia
powietrza przez
szczelinę
w po-
łączeniu.
•
-
Obserwować tworzące się bańki
mydlane . liczby baniek i częstości ich pękania określić orientacy jnie rozmiary szczelin. Według rozmiarów szczeliny określić jej wpływ na przydatWedług
ność połączenia.
Metoda jest prosta w wykonaniu i bardzo tania. Umożliwia wykrycie bardzo małych otworków i szczelin. Można badać w ten sposób połączenia ·gazociągów podczas ich pracy, działanie urzą dzeń nowo zamontowanych oraz pracujących od dłuższego czasu. Przedtem jednak należy stwierdzić, jaki gaz przesyłany jest danym gazociągiem. W przypadku gazów trujących, np. CO, należy zachować odpowiednią ostrożność. Przy badaniu połączeń usytuowanych na pewnej wysokości nad ziemią należy pracować we dwójkę. Drugi pracownik powinien obserwować pracę, aby w razie zatrucia pracującego mógł mu przyjść z pomocą.
Badanie kapilarne czystą wodą Metoda ta jest również zwana próbą wodną. Stosuje się ją do ·zbiorników szczelnych; jest to typowa metoda stosowana przy
98
badaniu
kotłów
parowych. Przebieg badania powinien
być
na-
stępujący:
-
Wybrać
zbiornik do badania. szczelnie wszystkie otwory z wyjątkiem rury doprowadzającej wodę oraz zamontować manometr. Wypełnić zbiornik wodą w całej objętości, wypychaj ąc dokładnie powietrze, a następnie rurę połączyć z pompką hyZamknąć
drauliczną.
powoli wodę do zbiornika. Obserwować na manometrze wzrost ciśnienia . Po uzyskaniu ciśnienia próbnego zamknąć zawór n:rlędzy pompką a zbiornikiem. - Obserwować manometr, czy ciśnienie spada. - Jeżeli ciśnienie nie spada przez pewien czas, znaczy to że zbiornik jest szczelny. Dla upewnienia się należy sprawdzić wszystkie połączenia. Jeżeli ciśnienie spada, należy również sprawdzić wszystkie poł ączenia i zaznaczyć miejsca wypływu wody. - Określić rozmiary szczelin i ich wpływ na przydatność zbiornika do pracy. - Odłączyć pompkę od zbiornika. - Wypuścić wodę ze zbiornika. Metoda ta jest nieco kłopotliwa, ponieważ wymaga pompki hydraulicznej, manometru i więks~j ilości wody. Dla wstępnego rozeznania można próbę wodną poprzedzić próbą z mydlaną wodą, która jest szybsza. Przeprowadzenie próby wodnej zbiorników szczelnych jest jednak konieczne. -
Pompką dopompowywać
5. Uwagi do Opisać
sprawozd~:
wyniki przeprowadzonych Zestawić wyniki, podać wnioski.
badań.
Ćwiczenie
111.13
PROSA PRZEŁOMU NIEBIESKIEGO
1. Cel ćwiczenia: poznanie próby przełomu niebieskiego w celu oceny wewnętrznych wad makroskopowych stali, stwierdzonych na przełomie. 2. Wyposażenie: próbka ze stali konstrukcyjnej, piec hartowniczy, 2 podpory, stempel, prasa śrubowa, pilnik, tablice lub wzorce wtrąceń niemetalicznych stali, norma PN-60/H-04509. 3.
Wiadomości uzupełniające
Próbę przełomu
niebieskiego stosuje się do stali konstrukcyjnych i stopowych, w stanie przerobionym plastycznie. Próbki pobiera się z wyrobów i półwyrobów stalowych otrzymanych drogą przeróbki plastycznej. Grubość przedmiotu, z którego pobiera się próbki, powinna wynosić co najmniej 40 mm. Próbki odcina się na zimno lub na gorąco w ten sposób, aby obejmowały cały przekrój poprzeczny, a płaszczyzna przełomu była równoległa do kierunku przeróbki plastycznej, tj. do kierunku włó kien. węglowych
rzełomu
Rys. III-15. Próbka do niebieskiego
przełomu
Próbki w kształcie płytek o grubości H=20+40 mm odcina się z pręta stalowego. Na próbce nacina się ostry karb dla ułatwie nia złamania (rys. III-15). Karb należy wykonać w ten sposób, aby nie zmniejszyć zbytnio powierzchni przełomu przeznaczonego do obserwacji. Zaleca się, aby grubość h próbki w miejscu karbu wyniosła 18+25 mm. Karb powinien znajdować się w 100
płaszczyźnie przechodzącej
przez oś przedmiotu, z którego pobrano próbkę. Znakowanie powinno zapewnić identyfikację próbki z ma"teriałem, z którego została pobrana próbka. Ocenę stopnia zanieczyszczenia stali wtrąceniami niemetalicznymi przeprowadza się wg tablic zamieszczonych w normie PN-60/ /H-04509, na podstawie wzorców rysunkowych i danych liczbowych lub też przez porównanie z wzorcami naturalnymi dobranymi uprzednio wg tablic i odpowiednio oznakowanymi. 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Nagrz.ać próbkq do temperatury o 100+150°C wyższej od temperatury, w której wystąpi niebieski nalot. Wyjąć próbkę z pieca i przetrzymać ją do chwili otrzymania niebieskiego nalotu. Złamać próbkę pod prasą (dla upewnienia się o barwie nalotu należy naciąć pilnikiem rysę, na której dokładnie można obserwować nalot). Złamaną próbkę pozostawić na powietrzu do zupełnego osty- · gnięcia, chroniąc przełom przed zabrudzeniem, a zwłaszcza przed zaoliwieniem. Po ostygnięciu próbki obserwować jej przełom nieuzbrojo~ nym okiem, oceniając liczbę, wymiary oraz r ozmieszczenie i kontrastowość występujących na nim wad. Obserwacje porównać z tabelami z norm lub wzorcami. ,
5. Uwagi do sprawoz dania:
-
Ustalić
wyniki przeprowadzonego ćwiczenia dla trzech róż nych próbek. Podać wnioski wynikające z porównania wyników obserwacji trzech próbek.
Ćwiczenie
111.14
WVTlACZANIE MISECZEK NA TŁOCZNIKU DOŚWIADCZALNYM
1. Cel
ćwiczenia:
zapoznanie
się
z warunkami
wytłaczania
mise-
czek. 2. Wyposażenie: prasa hydrauliczna o nacisku 50+ 100 kN z urzą dzeniem do pomiaru siły tłoczenia, tłocznik doświadczalny z trzema wymiennymi końcówkami o różnych promieniach zaokrągle nia, krążki blachy (próbki 3 sztuki), mikrometr zewnętrzny o zakresie pomiarowym 0+25 mm z kulistym kowadełkiem, instrukcja obsługi prasy hydraulicznej. 3.
Wiadomości uzupełniające
Tłoczenie
miseczek (miseczkowanie) polega na wciskaniu płaskie go materiału (blachy) w foremnik (rys. III-16). Zmianę kształtu otrzymuje się na skutek płynięcia materiału w płaszczyźnie równoległej do górnej powierzchni foremnika. Wytłaczanie można prowadzić z dociskaczem (cienkie blachy) lub bez dociskacza. Zależy to od stosunku S grubości g blachy do średnicy D lcrążka wyjściowego
s=
_H__ • 100% D
Dla S < 1,5 wytłaczanie prowadzi się z dociskaczem; dla S > 2 bez dociskacza. Stopniem ciqgnienia wstępnego m 1 nazywa się stosunek średnicy zewnętrznej d 1 otrzymanej miseczki (rys. III- 17) do pierwotnej średnicy D krążka di
m1,=D
Zwykle dla otrzymania gotowego przedmiotu stosuje się kolejne operacje przeciągania miseczki na coraz to mniejsze średnice. Występują wówczas dalsze współczynniki (stopnie) ciągnienia
102
Końrow a
Próbka .foremnik
Tłocznik
Rys. III-16. świa dc zalny
Rys. III-17. Miseczkowanie próbki [36)
do-
[36) ~
m2=d;, wartości współczynników
dano w
poniższej
I
g · 100% m 1 D
1,5 2,0
2,5 3,0 3,5
= Ddi Im 2 =
0,65 0,60 0,65 0,53 0,50
m przy
wytłaczaniu
bez dociskacza po-
tablicy.
0,80 0,75 0,75 0,75 0,70
I
ddiz- ms =
0,84 0,80 0,80 0,80 0,75
I
d4 2 m4 --= d 3
d3 d
0,87 0,84 0,84 0,84 0,78
I ms =
ds d,
0,90 „. oJ 87 ·ił ,.;,.. 0,87 0,87 0,82
I
d6 m c; = ds
•
0,90 0,90 0,90 0,86
Maksymalną siłę ciągnienia,
przy której występuje pękanie miseczki lub przy której naprężenia w materiale blisko dna naczynia osiągają wartości bliskie wytrzymałości na rozciąganie, wyznacza się wg wzoru
g - grubość blachy w mm, Rm - wytrzymałość na rozciąganie w MPa, d.~ średnia średnica miseczki; d s=dzewn-g mm, tłoczenia obliczamy z wzoru
w którym:
Siłę
103
w którym:
d g Q -
4. Przebieg
-
średnica
miseczki, mm, grubość blachy, mm, granica plastyczności, MPa,
D -
średnica zewnętrzna krążka wyjściowego,
C -
stała
równa 0,6+0,7 (uwzględniająca i gięcie przy wytłaczaniu).
mm, tarcie
ćwiczenia
Zamocować
na prasie wykrojnik
doś'Wiadczalny.
Obliczyć stopień ciągnienia wstępnego. Obliczyć siłę tłoczenia.
Kolejno wymieniając końcówki wytłoczyć trzy miseczki z przygotowanych krążków blachy, każdorazowo odczytując wartości siły tłoczenia.
-
·-
Powierzchnie wytłoczonych miseczek poddać oględzinom, czy nie powstały pofałdowania, zniekształcenia, pęknięcia, rysy, oderwania denka. Przeciąć jedną miseczkę i za pomocą mikrometru zmierzyć w i:óżnych punktach grubość ścianki.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Opisać
'
przebieg próby.
Porównać odczytaną wartość siły
Podać zależności
z wartością obliczoną. wyników od promienia zaokrąglenia
koń-
cówki. -
Podać własne
Ćwiczenie
wnioski i
spostrzeżenia.
111.15
BADANIE METALI FALAMI ULTRADżWIĘKOWVMI
Cel ćwiczenia: poznanie wykrywania wad w przedmiotach metodą ul tra dźwiękową. 1.
104
2. Wyposażenie: badany przedmiot z wadą wewnątrzną, olej lub woda do posmarowania powierzchni, papier ścierny do oczyszczenia pow ierzchni, defektoskop ultradźwiękowy z kompletnym wyposażeniem, sondy proste i ukośne (po 2 szt.), instrukcja obsługi defektoskopu, aparat fotograficzny ze statywem (w razie pot rzeby fotografowania wskazań oscyloskopu), tabela fal ultrad źwiękowych , wanienka, przewody do sond, wzorzec z wadą wewnętrzną do badań próbnych.
-
3.
Wia d omości uzupełniające
Badanie met ali falami ultradźwiękowymi zalicza się do ba dań nieniszczących. Metoda ta umożliwia przeprowadzenie badań bez uszkodzenia części badanych oraz bez pogorszenia ich włas ności użytkowych, mechanicznych itp. Fale ultradźwiękowe są wywołane drganiami ośrodków stałych i ciekłych o często tliwości wyższej od słyszalnej, tj. powyżej 16 OOO drgań na sekund ę , i mogą ro zchodzić się tylko w ośrodkach sprężystych . Prędkość rozchodzenia się fal zależy od ośrodka. Przykładowo prędkość fal w powietr zu wynosi 331 ,7 m/s, w stali 5000 mis, w oleju 1100 mis. Dłu gość i częstość fali są związane zależnością c=f·J.
w której: c -
prędkość
rozchodzenia
f -
częstość drgań,
J. ___,
długość
się
fali,
fali (rys. III-18).
Ucho ludzkie odbiera fale głosowe o częstości f od 16 Hz do 16 kHz, co odpowiada długości A. fali od 21,5 mm do 21,5 m przy prędkości c= 344 mis. Fale o częstości mniejszej od 16 Hz nazwano falami infradźwiękowymi, powyżej zaś 16 kHz - ultradźwię k owymi. Fale ultradźwiękowe rozchodzące się w ośrodku stałym napotykając przeszkodę ulegają ugięciu, odbiciu (kąt odbicia równa się kątowi podania), absorpcji i rozpraszaniu. Jeżeli przeszkoda na drodze fali jest dla niej przepuszczalna, fala w pewnym procencie przechodzi przez przeszkodę, a częściowo odbija s ię od niej (rys. III-19). Przy przechodzeniu przeszkody fala ulega załamaniu. Kąt załamania jest zależny od materiału przeszkody.
105
.i\.
I
Kierunek rozchodzenia sle fali - - - - - - •
Długość
Rys. III-18.
fali (32}
Ugięcie
fali zachodzi przy przechodzeniu fal dłu gich przez przeszkodę i polega na zmianie kierunku fali za przeszkodą. Działanie
generatów fal ultradźwiękowych jest najczęściej oparte na zasadzie zjawiska piezoelektryczności. Jeżeli płytkę kryształu kwarcu umieścimy w zmiennym polu elektrycznym, Ośrodek.
Fala odbita <
>
Ośrodek Il
I ...
„ Fala
płytka
padająca
Fala przemka1qca przez granicę ośrodków
Rys. III-19. Fala wnika do przeszkody odbita (32]
jąca
ta kurczy się i rozszerza zgodnie ze zmianami pola elektrycznego (rys. III-20), stając się źródłem fali ultradźwiękowej. To właśnie zjawisko wykorzystano w defektoskopii. Zachodzi również zjawisko odwrotne: gdy ściśniemy kryształ kwarcu (rys. III-21), na biegunach elektroskopu uzyskamy ładunki elektryczne. Schemat defektoskopu ultradźwiękowego jest przedstawiony na rys. III-22. Wiązka fal ultradźwiękowych wysłana w głąb materiału, natrafiając na wadę ulega częściowemu odbiciu od niej. Odbita część wiązki niesie ze sobą obraz wady w postaci sygnału falo~ego. Należy ją przetworzyć na obraz widzialny. Najpierw 106
X
Zmienne
y
~naplecie
elektryczne
y
Rys. III-20. Zmiany wymiarów płytki kwarcowej umieszczonej w polu elektrycznym [32]
sonda umieszczona na kierunku odbitej wiązki zamienia ją na impulsy elektryczne. Te z kolei zostają wzmocnione i posłane do lampy oscyloskopu. Na ekranie oscyloskopu będzie widoczny obraz wady i jej odległość od sondy. Część wiązki odbita od „dna" badanego przedmiotu wraca po nieco dłuższym czasie niż część odbita od wady. Plamka świetlna na oscyloskopie rysuje zarówno impuls wiązki odbitej od wady (echo wady), jak i impuls wiązki odbitej od dna przedmiotu (echo dna). Cały ten cykl powtarza się kilkaset razy na sekundę-. Bezwładność naszego oka daje wra-
flektroskop
Rys. III-21. Powstawanie ładunków elektrycznych w ściśniętej płytce kwarcowej [32]
107
6enerator impulsów elektrycznyc
6enPrator podstawy czasu 6enerator znaczników odległości
....___ _ Nadajnik
i-------1
Głowica z przetwornikiem
ultradtwiekowym Rys. III-2:l. S chemat defektoskopu
ultradźwiękowego
[32)
żenie
obrazu trwałego. Opisana metoda wykrywania i umiejscowienia wad w materiale nosi nazwę metody echa. Metoda ta daje tzw. strefę martwą o grubości ok. 2 mm, licząc od powierzchni w głąb materiału. Metodę przepuszczania stosuje się przy badaniach z użyciem dwu sond. Jedną z nich umieszcza się po jednej stronie materiału , a drugą po stronie przeciwnej. Jedna sonda wysyła impuls ultradźwiękowy w głąb materiału. Przechodzi on przez całą grubość przedmiotu. Gdy trafia na wadę, zostaje osłabiony. Ten osła biony impuls odbiera druga sonda i przekazuje do oscyloskopu. Na ekranie lampy otrzymuje się odpowiedni obraz wady.
Metoda powierzchniowa jest to metoda badań oparta na zjawisku fal powierzchniowych. Do materiału przystawia się sondę wytwarzającą fale, które nie wnikają w głąb materiału, lecz rozchodzą się po powierzchni. Z użyciem tej metody można wykrywać wady pod powierzchnią na głębokości 0,1 +0,8 mm. Metodę tę stosuje się do wykrywania pęknięć na powierzchni; z uwagi na duży zasięg nadaje się ona do badania blach. Podobnie jak w metodach poprzednich, na ekranie oscyloskopu otrzymamy odpowiedni obraz wady. Metoda zanurzeniowa polega na tym, że przedmiot razem z sondą umieszcza się w naczyniu z cieczą , najczęściej w wodzie. Na dnie naczynia ustawia się przedmiot, a nad nim, w dobranej od108
ległośc1
- sondę. Sonda musi być starannie ustawiona względem przedmiotu, w przeciwnym bowiem razie badanie się nie uda. Fale ultradźwiękowe zostają wprowadzone do przedmiotu przez słup wody. Przedmioty o masie do 50 kg przesuwa się wzglę dem nieruchomej sondy; jeżeli przedmiot jest cięższy, przesuwa się czujniki na odpowiednich prowadnicach. Na ekranie lampy obserwuje się kolejno odbicia wiązki fal od tylnej powierzchni materiału i od wad. Odległość, którą przebywają fale w wodzie, należy tak dobrać, a by czas przejścia fal przez wodę off sondy do materiału był dłuższy od czasu przebycia grubości materiału od powierzchni przedniej do tylnej i z powrotem. Należy przy tym uwzględnić prędkość rozchodze~ia się fal w wodzie i w danym materiale. Odmianą tej metody jest stosowanie sondy w odpowiedniej oprawie, z której stale wypływa woda.
Metoda przekroju poprzecznego tym różni się od poprzednich, że oscyloskop jest wyposażony w odpowiednią przystawkę, która zatrzymuje na ekranie obraz z poprzedniego badanego mie jsca na przedmiocie, czyli niejako „pamięta" poprzednio powstałe obrazy. Ruch plamki podstawy czasu, np. o kierunku poziomym, jest proporcjonalny do drogi przebytej przez fale w badanym przedmiocie. Natomiast ruch w kierunku pionowym jest proporcjonalny do przesunięcia sondy po badanym przedmiocie. Plamka podstawy czasu jest tak długo niewidoczna, dopóki nie nastąpi odbicie od wady. Gdy nastąpi odbcie od wady lub od powierzchni ograniczającej, na ekranie pojawi się świecąca plamka. We wszystkich pozostałych miejscach ekran będzie ciemny. W wyniku przesuwania sondy otrzymuje się obraz odpowiadający rozłożeniu wad w płaszczyźnie przechodzącej przez miejsca przesuwania sondy (stąd nazwa „metoda przekroju"). W metodzie widoku z góry oscyloskop jest wyposażony w inną przystawkę pracującą w układzie osi współrzędnych x-y. Ruch plamki jest proporcjonalny do ruchu sondy po przedmiocie. Jeżeli sonda wykonuje ruch wzdłuż osi x, to plamka na ekranie przesuwa się również wzdłuż osi x. Podobnie jest przy ruchu wzdłuż osi y. Dowolnemu położeniu sondy na przedmiocie odpowiada ściśle określone położenie plamki na ekranie. Plamka jest widoczna wtedy, gdy przedmiot zawiera wadę. Jej obraz jest wi-
109
doczny z góry. Łącznie otrzymuje się obr az rozłożenia wad rzucony na jedną płaszczyznę, nie wiadomo jednak, w których płasz czyznach w przedmiocie te wady leżą. Dwie ostatnie metody umożliwiają wykonanie dokumentacji badanych przedmiotów. N a ekranie lampy mamy bowiem obraz nie tylko jednej wady, ale obraz wszystkich wad na wyci.nku powierzchni przedmiotu. Dla utrwalenia można go fotografować. 4. Przebieg
ćwiczenia
Przygotowanie przedmiotu - \Vybrać przedmiot do badania. - Oczyścić przedmiot z kurzu, piasku, rdzy i innych zanieczyszczeń.
-
-
W miejscu badanym powierzchnię dokładnie oczyścić. Badane miejsce posmarować olejem lub wodą tak, aby pomiędzy przyłożoną później sondą a materiałem nie było powietrza. Ustawić odpowiednio przedmiot zależnie od wybranej metody.
Przygotowanie sondy - Wybrać odpowiedni typ sondy, np. nie od sposobu badania. - Ustalić odpowiedni rodzaj fal. - Zbadać stan techniczny sondy. - Przyłączyć sondę do defektoskopu. - Zależnie od wybranej metody sondę nic lub zapewnić jej stałe położenie.
prostą'
lub
ukośną, zależ-
przymocować
do prowad-
Wybór metody badania - Określić rodzaj badanego materiału. - Określić kształt badanego przedmiotu i 3ego rozmiary. - Określić miejsce spodziewanych wad (na powierzchni czy w głębi przedmiotu). · - Stosownie do poprzednich ustaleń wybrać odpowiednią metodę badania. - Skompletować urządzenie dodatkowe (np. wannę, prowadnice i inne). 110
Przygotowanie oscyloskopu - Ustawić na stole właściwy oscyloskop, dodatkowe przystawki i zasilacz. - Połączyć wszystkie elementy, stosownie do instrukcji obsługi. - Załączyć zasilacz i czekać kilka minut do nagrzania się lamp w aparaturze. - Nastawić oscyloskop tak, aby na jego ekranie otrzymać linie podstawy czasu i znaczników odległości lub inne (zależnie od metody badań i dołączonych przystawek). - Przeprowadzić badanie próbne na znanym przedmiocie, aby upewnić się, czy defektoskop działa sprawnie. - Sprawdzić, czy wiązka fal nie pada na badającego lub inny ch, obserwujących badania. - Wyłączyć aparat. Badanie właściwe - Ustawić wza jemnie przedmiot i sondę stosownie do wybranej metody. - Dokona~ kilku próbnych przesunięć sondą po przedmiocie, aby sprawdzić mechaniczną sprawność działania. - Załączyć ponownie przygotowaną poprzednio aparaturę . - Przesuwać sondę po przedmiocie, stosownie do obranej metody, dokonując właściwego badania. Równocześnie obserwować ci braz na ekranie lampy. - P o ukończeniu badania aparaturę rozmontować i umi eścić w szafie lub skrzynce. Ocena wad na podstawie obrazu - Ustalić, stosownie do metody, gdzie może leżeć wada w przedmiocie : na powierzchni czy na pewnej głębokości. Określić rozmiary wady (w tym celu badać wadę w różnych kierunkach). Określić położenie wady na podstawie obrazu na ekranie lampy. - Określić rodzaj wady. Ostatni punkt jest w badaniach defektoskopowych najtrudnie jszy do zrealizowania, ponieważ obraz na ekranie lampy nie daje na ogół rzeczywistego obrazu wady, lecz tylko informacj ę o jej '
111
istnienitJ,. Ten punkt badań rozwiązuje dobrze metoda przekroju poprzecznego i metodą widoku z góry. Do dobrego ok.re~lenia rodzaju wad trzeba mieć duże doświadczenie w badaniach oraz w ich przygotowywaniu i przeprowadzaniu. Małe usterki w przygotowaniu ćwiczenia mogą spowodować fałszywe wyniki. Rejestracja obrazu - W razie potrzeby sporządzenia dokumentacji badanego przedmiotu należy obraz jego wad utrwalić (przeważnie stosuje się fotograf owanie). - Należy ustawić odpowiednio aparat fotograficzny, nastawić odległość, przesłonę i migawkę. Wykonać zdjęcie i na arkuszu zapisać numer zdjęcia, numer przedmiotu i orientacyjne położenie wady. 5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
-
Opisać
metody wykrywania wad falami ultradźwiękowymi. budowę i zasadę działania defektoskopu ultradźwięko-
wego. Opisać
-
zjawisko powstawania obrazu wady na oscyloskopie. Zestawić wyniki, podać wnioski.
Ćwiczenie
111.16
OKREśLENIE WAD TECHNOLOGICZNYCH W WYROBACH METALOWYCH
1. Cel liwości
ćwiczenia:
nabycie umiejętności określania rodzaju i szkodwady na podstawie zestawów wad ujętych w atlasie.
stanowiska do badań: próbki z wadami (próbka pochodząca z odlewu surowego, 2 próbki z materiałów obrobionych plastycznie, wytłoczka), mikroskop, atlas ,,Systematyka wad odlewów żeliwnych", atlas „Wady hutniczych wyrobów stalowych". 2.
Wyposażenie
112
3.
Wiadomości uzupełniające
Przez wady rozumie się wszelkie odchylenia od idealnego stanu, praktycznie nigdy nie osiągalnego. Znaczenie wad w wyrobie zależy od ich rodzaju i rozmiarów. Powstawanie braków jest ści śle związane z istnieniem wad, nie każda jednak usterka, która w ogólnym pojęciu jest wadą, powoduje zbrakowanie przedmiotu. Oceny szkodliwości wad dokonuje się przez: - określenie ich rodzaju, miejsc występowania, nasilenia, - stwierdzenie, w jakim stopniu wady wpływają na spełnienie przez wyrób wymagań określonych instrukcjami technologicznymi, warunkami technicznymi, umowami między wytwórcą a odbiorcą. zbyt duża chropowatość powierzchni materiału podlegającego dalszej obróbce plastycznej na gorąco nie dyskwalifikuje materiału, ale ta sama wada stwierdzona na blasze do głę bokiego tłoczenia może być przyczyną zbrakowania materiału. Na
przykład
Wśród istniejących
-
-
wad można rozróżnić następujące grupy: Wady pierwotne, do których zalicza się wady wlewków, odlewów surowych, wady obróbki plastycznej, obróbki cieplnej itp. Wady wtórne, powstałe na skutek wad istniejących w materiale już poprzednio, lecz nie rozpoznanych.
Określenie
przyczyn powstania wady pierwotnej jest niekiedy bardzo kłopotliwe lub wręcz niemożliwe. W takim wypadku poprzestaje się na określeniu bezpośredniej przyczyny powstania wady (wtórnej lub pierwotnej). Wady wyrobów stalowych ujęto w następującą systematykę: - wady wlewków i odlewów surowych, - wady materiałów obrobionych plastycznie, - wady materiałów obrobionych cieplnie, - wady materiałów obrobionych mechanicznie, - wady materiałów trawionych i czyszczonych, - wady materiałów ocynkowanych i ocynowanych, - wady materiałów spawanych, - wady materiałów zgrzewanych. I -
Pracownia techniczna dla techn.
113
zakwalifikowania wyrobu, oprócz badań na wymienionych wyżej wad, przeprowadza się badania dotyczące składu chemicznego, własności mechanicznych, fizycznych, chemicznych. Dla
prawidłowego
obecność
Systematyka wad odlewów żeliwnych stępujące grupy: - wady kształtu, - wady powierzchni surowej, - przerwy ciąglości, - wady wewnętrzne, - wady materiału.
(żeliwo
nowe} obejmuje na-
Przykładowe
omówienie niektórych wad Cholewa jest to odkryta jama w górnej części wlewka, w kształ cie futerału lub pochwy o cienkich ścianka_ch (lub też niezgrzanie się ścianek jamy z wypełniającym ją metalem - . rys. III-23). Przyczyną powstania cholewy jest opadnięcie metalu wskutek wydzielania si~ z niego gazów lub uciekania· metalu z wlewnicy. Po następnym podniesieniu się metalu może nastąpić brak ciągłości materiału w wyniku niezgrzania się warstwy uprzednio zakrzepłej z ciekłą stalą. Rozdarcia są to wady .spotykane przy walcowaniu lub ciągnieniu rur oraz przy walcowaniu, tłoczeniu i roztłaczaniu blach. Przykład rozdarcia blachy powstałego przy tłoczeniu na skutek wewnętrznej nieciągłości materiału przedstawiono na rys. III-24 a; rozdarcie blachy wg rys. III-24b jest spowodowane złym stanem narzędzia.
Naderwania są to krótkie, rozwarte nieciągłości materiału, najczę ściej poprzeczne do kierunku najsilniejszej obr~bki plastycznej. Niektóre z przyczyn występowania tej wady to: a} płytkie pęknięcfa wlewka przy stygnięciu, . b) nieodpowiednia temperatura obróbki plastycznej, c) nadmierne miejscowe wydłużenie, d) nieodpowiedni stan powierzchni walców, e} nieodpowiednie usytuowanie linii podziałowej foremnika, f) wtrącenia niemetaliczne, likwacje, pęcherze podskórne, g) skośne ucięcie krawędzi blach przed dalszym walcowaniem. 114
.
'
Rys. III-23. Jama odkryta, tzw. cholewa (16)
Rys. III-24. Rozdarcie bla chy: a) na skutek wady mc-teriału, b) na skutek złego stanu narzędzia [16]
Naderwanie blachy przy walcowaniu spowodowane skośnym obcięciem (rys. III-25) wykrywa się za pomocą badań makroskopowych lub innych nieniszczących (metody: akustyczna, rentgenograficzna).
Rys. III-25. Naderwanie blachy przy walcowani u na skutek skoś nego obcięcia (16] Niewypełnienie
Rys. III-26. Niedostateczne wypełnienie materiałem foremnika· lub bruzdy walców [16J
niedostateczne wypełnienie metale·m wykroju lub foremnika (rys. III-26) może być spowodowane między innymi: a) zbyt dużą prędkością walcowania, b) nieodpowiednią temperaturą walcowania, c) chropowatością powierzchni walców, d) nieodpowiednim nastawieniem walców, e) skręceniem w prowadnicy, f) nieodpowiednim usytuowaniem linii podziałowej foremnika, g) nieodpowiednią wielkością lub kształtem wsadu. -
115
Wadę tę
wykrywa się przez sprawdzanie kształtu sprawdzianami lub wzornikami bądż przez pomiar' np. suwmiarką.
Rys.
III-27. Wąsy wpłynięcie przy walcowaniu [16]
materiału
W qsy są to wypłynięcia metalu - obrobionego plastycznie z wykroju lub foremnika (rys. III-27). Przyczyną tej wady mogą być:
a) zbyt niska temperatura obróbki plastycznej, b) nieprawidłowe usta\vienie walców, c) nieciągłości materiałowe (pęknięcia, rzadzizny, pęcherze), d) zły dobór prędkości walcowania między ulotkami w walcowni ciągłej, powodujący tworzenie się pętli.
a) ____ „ •.- ..... b} _,...„„-.„ - -·-------
-
,,. -
„
„ -- •
~.,,,-
Rys. III-28.
- __ „
Wtrącenia
niemetaliczne [16]
W Lrącenia niemetaliczne (Tys. III-28a i b ). W wyrobach stalowych spotyka się wtrącenia niemetaliczne (np. siarczki, tlenki, krzemiany) powstałe podczas wytapiania, rozlewania i krzepnięcia stali. Oprócz nieodpowiedniego składu chemicznego przyczyną często
występowania wtrąceń mogą być:
a) nieprawidłowy proces świeżenia i odtleniania stali, b) nieodpowiedni czas odstania stali w kadzi. Wadę tę wykrywa się przez badania mikroskopowe. 116
4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
z surowego odlewu oszlifować powierzchnię, która będzie obserwowana. Określić z użyciem mikroskopu - rodzaj wady, odszukać w atlasie obraz najbardziej do niej zbliżony i podać nazwę wady. Obejrzeć wytłoczki, podać rodzaj wady, odszukać podobny obraz w atlasie. Podać nazwę wady i przyczynę jej powstania. W przypadku próbek z materiałów obrobionych plastycznie jw. W próbce
pochodzącej
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Podać
nazwy wad poszczególnych próbek oraz przyczyny ich powstania. Naszkicować probki wraz z ich wadami.
Ćwiczenie
111.17
ANALIZA CIEPLNA CZYSTEGO METALU
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobem otrzymywania wykresów krzepnięcia czystego metalu oraz określania niektórych cech metalu na podstawie analizy sporządzonego wykresu. 2. Wyposażenie: piec elektryczny do topienia metalu, tygiel, urzą dzenie do pomiaru temperatury (termoelement Ni-NiCr), miliwoltomierz o zakresie do 60 mV, stoper sekundowy, metal, którego punkty topnienia i krzepnięcia mamy wyznaczyć, sproszkowany węgiel drzewny, statyw z uchwytem, papier milimetrowy, waga, szczypce. 3.
Wiadomości uzupełniające
Każda
zmiana struktury metalu zachodząca podczas chłodzenia lub podgrzewania jest związana ze zmianą własności fizycznych danego metalu. W celu wyznaczenia punktów krytycznych bada 117
się
zmiany parametrów fizycznych metalu, jak np. gęstości, pojemności cieplnej, przenikliwości magnetycznej i elektrycznej w zależności od temperatury. Jedną z metod badania zmian tych parametrów jest tzw. analiza cieplna. Polega ona na wyznaczaniu zmian pojemności cieplnej metali podczas grzania i chłodzenia. Mierząc
określonych odstępach
w
czasu, np. co 15 lub co 30 s, metalu, otrzymamy wartości temperatur potrzebne do wykreślenia krzywych grzania i chłodzenia. Przykładowo omówimy tu krzywą krzepnięcia przedstawioną na rys. III-29. Do punktu 1 temperatura cieczy opada w sposób ciągły. W punkcie 1 zaczyna się już proces krzepnięcia, polegający na wydzielaniu się maleńkich kryształów w metalu, tzw. zarodków kr ystalizacji. temperaturę
w czasie oziębiania towarzyszy oddawanie przez metal ciepła, wskutek czego część wykresu odpowiadająca czasowi krzepnięcia jest odcinkiem linii prostej 1-2 (rys. III-29), równoległej do osi czasu. Krzepnięciu
i..
1
2
Czas
„ Rys. III-29. Wykres
krzepni~cia
czystego metalu
W czasie krzepnięcia rosną powstałe kryształy oraz tworzą się zarodki nowych. Jednocześnie ubywa cieczy. W punkcie 2 metal jest całkowicie skrzepnięty. Dopiero teraz temperatura opada, ponieważ wewnątrz krzepnącego metalu nie wydziela się ciepło krystalizacji równe ciepłu oddawanemu na zewnątrz. Podczas dalszego chłodzenia nie zachodzą już żadne przemiany strukturalne i krzywa chłodzenia opada równomiernie. Przy topieniu metalu zachodzą odwrotne procesy. Temperatura ogrzewanego metalu rośnie z początku w miarę dostarczania ciepła . Po dojściu 118
•
do temperatury topnienia otrzymujemy również odcinek linii prostej poziomej, bowiem dostarczane do układu ciepło jest wykorzystywane do przejścia metalu w stan ciekły (ciepło tQpnienia). Ustala się zatem równowaga aż do przejścia ostatniego kryształu w stan ciekły. W czasie krzepnięcia metalu chłodzenie należy przeprowadzać wolno, w przeciwnym bowiem razie może nastąpić przechłodze nie cieczy powodujące, że krzepnięcie będzie przebiegać poniżej rzeczywistej temperatury krzepnięcia. Np. dla antymonu temperatura krzepnięcia w normalnych warunkach wynosi 631°C, a przy przechłodzeniu ok. 590°C. Przechłodzenie krzepnącej cieczy może nastąpić również wtedy, gdy powstawanie zarodków krystalizacji jest utrudnione lub nie zachodzi w ogóle. Tego niekorzystnego zjawiska można uniknąć przez wywołanie ruchu cieczy. Wykresy stygnięcia czystych metali znajdują zastosowanie przy określaniu temperatur krzepnięcia. W pracowni technicznej do topienia metali stosuje si~ piece elektryczne. Najprostszym elektrycznym piecem laboratoryjnym jest piec oporowy. Często piece te bywają przechylne, co ułatwia wstawienie do nich tygla z metalem. Tygle wraz z pokrywami wykonuj.e się z materiałów ogniotrwałych, takich jak: masa szaµiotowa, porcelana, grafit itp. Tygle powinny odznaczać się dużą wytrzymałością w temperaturze roboczej i dużą odpornością na nagłe zmiany temperatury. Do pomiaru temperatury metali najczęściej stosuje się termoelementy (rys. III-30). Pomiary z użyciem termoelementu wykonuje się następująco: druty spojone (zgrzane) P wprowadza się do tygielka z metalem podgrzanym do temperatury .T; drugie, ·o dizolowane od siebie, końce termoelementu Ei i E 2 powstają w temperaturze zewnętrz nej t. Między końcami P oraz E 1 i E 2 powstanie siła termoelektryczna proporcjonalna do wartości T-t. Na skutek siły termoelektrycznej wskazówka miliwoltomierza 2 wychyla się .i na podziałce wyskalowanej w stopniach Celsjusza wskazuje wartoś~ temperatury. Na termoelementy używa się przykładowo następu jących metali (w nawiasach podano zakres temperatur, do jakich powinno się stosować poszczególne termoelementy); miedź 119
konstańtan (do 400°C), żelazo -
konstantan (do 700° C), nikiel-nichrom (do 1000°C), platyna-platynorod (do 1500°C). W czasie pracy termoelementu druty ulegają utlenianiu, dlatego należy je co pewien czas sprawdzać. Wzorcowania termoelementów dokonuje się przez pomiar temperatury topnienia lub wrzenia niektórych metali i porówanie otrzymanych wartości z od-
Rys. III-30. Schemat ter moelementu [34)
powiednimi tablicami. Przy pomiarach należy pamiętać o ustaleniu temperatury tzw. „zimnych końców" E 1 i E 2 przez zastosowanie przewodów kompensacyjnych 1 i termostatów lub specjalnych puszek kompensacyjnych. 4. Przebieg -
-
-
Włożyć
ćwiczenia
do pieca tygielek z metalem. Do zatopionej rurki stalowej wprowadzić termoelement, włąC'Lyć piec oporowy, pokryć topiony metal warstwą sproszkowanego węgla drzewnego. Po stopieniu metalu wyjąć tygiel z zawartością, wyłączyć piec, tygiel ze stopionym metalem postawić na podstawce ceramicznej, umieścić termoelement w roztopionym metalu. Uwaga. Koniec termoelementu nie może dotykać dna tygielka; cały koniec rurki z termoelementem musi być zanurzony w ciekłym metalu. Co 10 s zapisywać temperaturę krzepnięcia. Po skrzepnięciu metalu stopić go powtórnie.
120
-
Na podstawie otrzymanych wyników spadków temperatury wykreślić krzywą chłodzenia w układzie współrzędnych temperatura-czas.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
krótki opis przebiegu miarów.
-
Wykreślić krzywą chłodzenia
Podać
ćwiczenia
i
zestawić
wyniki po-
dla czystego metalu. \Vykreślić krzywą topnienia czystego metalu, Opisać schemat urządzenia do analizy cieplnej. \Vyjaś nić zjawisko przechłodzenia.
Ćwiczenie
111.18
ANALIZA CIEPLNA STOPU PODWOJNEGO Z ROZTWOREM STAŁYM CIĄGŁYM
zapoznanie się ze sposobem sporządzenia wykresów przemian w czasie topnienia i krzepnięcia metali i ich stopów i na tej podstawie wyciągnięcie wniosków co do poszczególnyćh struktur i ich własności. 1. Cel
ćwiczenia:
2. Wyposażenie: piecyk elektryczny oporowy, dwa tygielki ceramiczne zawierające odpowiednio wyważone zawartości procentowe miedzi i niklu, podstawa ceramiczna, termoelement Pt-Pt, Rh, miliwoltomierz wywzorcowany w stopniach Celsjusza, szczypce, stoper sekundowy, węgiel drzewny, statyw, papier milimetrowy, waga. 3.
Wiadomości uzupełniające
W iększość
stopów otrzymuje się przez stapianie ze sobą czystych składników, chociaż otrzymuje się je także bezpośrednio, np. prz.ez redukcję rud zawierających składniki stopowe. W celu otrzymania stopów przez stapianie czystych składników stosuje się różne metody stosownie do własności topionych metali, przede wszystkim zaś ich temperatury topnienia i skłonności do utleruania się 121
przy podgrzewaniu . .Jeżeli ·obydwa metale majq zbliżone temperatury topnienia, to na ogół stopy z nich utworzone mają temperaturę topnienia niższą niż każdy ze składników. Składniki o dużej różnicy temperatur topnienia tworzą stopy o pośredniej tem·peraturze topnienia. Jeżeli w stopie ilość jednego metalu o wyż1 szej temperaturze topnienia ma być znaczna,. to topi się zazwyczaj napierw metal o wyższej temperaturze topnienia i dopiero do niego dodaje się metal drugi, o temperaturze topnienia niższej. Dwa ;metale w stanie ciekłym mogą: - rozpuszczać się w sobie całkowicie; wtedy tworzą roztwór ciekły, niezależnie od wzajemnego stosunku składników (podobnie jak alkohol i woda); - rozpuszczać się w sobie częściowo; wtedy po zaprzestaniu mieszania tworzą dwie warstwy ciekłych roztworów nasyconych; - nie rozpuszczać się w sobie zupełnie; wtedy po zaprzestaniu mieszania tworzą dwie warstwy metali ciekłych. Przy badaniu stopów, jakie tworzą składniki, ważna jest znajomość wykresu cieplnego tych składników, zwanego ich układ em równowagi. W celu sporządzenia takiego wykresu opracowuje się najpierw krzywe stygnięcia. W ćwiczeniu będziemy się zajmować przebiegiem stygnięcia stopu dwuskładnikowego o składzie 3ff0/o Cu i 70'0/o Ni. Na rys. III-31a przedstawiono krzywe krzepnięcia stopów miedzi z niklem. Z krzywych tych wynika, że czyste metale: miedź (krzywa 1) i nikiel (krzywa 4) krzepną w stałych temperaturach: miedź w temperaturze 1083°C, nikiel w temperaturze 1453°C. Stopy 2 i 3 krzepną w różnych temperaturach (krzywa 3 odpowiada zawar·ości 30°/o Cu i 70°/o Ni). Przypuśćmy, że roztwór ciekły o zawartości 30"1/o Cu i 70°/o Ni, ogrzany do temperatury 1500°C, poddajemy studzeniu (rys. III-31b ). Temperatura roztworu ciekłego spada, aż wreszcie na linii likwidusu osiąga t 1 =1380°C (punktA). W tej chwili pojawiają się pierwsze kryształy skrzepłego stopu. Skład tych kryształów można określić, przeprowadzając z punktu A (przecięcie się prostej odpowiadającej składowi roztworu ciekłego z linią likwidusu) prostą równoległą do osi składów. Punkt przecięcia się tej prostej z linią solidusu (punkt B) wyznacza skład pierwszych kryształów
122
a)
3
4
2
1
15o0.-.----~--..~--..~~--~
oc 1400>---t--t
~
13001---+--
~ ~ 12001-----------+------ł ~
'"---+---+---+--~-1--1--1--+
~
~ 11001----\-----ł!----t-~ 10'fHir- - -
o
rJ 20
30 40 Zawartość
80 %100 miedzi
Rys. III-31. Wykresy równowagi stopu miedzi z niklem [32)
wydzielonych po osiągnięciu przez roztwór temperatury likwidusu. Wydzielone kryształy są bogate w nikiel. Gdy ciecz osiąga cie (temperatura kropla roztworu A 2,
dając
temperaturę
t 2 (punkt A1 ), kończy się krzepnię osiąga linię solid usu); krzepnie wtedy ostatnia ciekłego o składzie odpowiadającym punktowi kryształk1 o tym samym składzie.
Podczas krzepnięcia może zajść zjawisko tzw. likwacji. Wystę puje ono wtedy, gdy krzepnięcie przebiega szybko. Kryształy wówczas nie mają czasu wyrównać swego składu. Chcąc otrzymać budowę jednorodną, należy przeprowadzić wyżarzanie ujednorodniające. Podczas takiego wyżarzania następuje wędrówka atomów. Proces ten nazywa się dyfuzją . 4. Przebieg
-
ćwiczenia
Włożyć
do pieca oporowego tygielek zawierający miedź. Do rurki stalowej wprowadzić termoelement. \Vłączyć piec. Tygiel wraz ze stopioną zawartością wyjąć z pieca i postawić na podstawce ceramicznej.
123
Mierzyć
-
co 10 sekund temperaturę metalu za pomocą termoelementu z miliwoltomierzem wywzorcowanym w stopniach Celsjusza; odczyty temperatury zapisywać w tabelce. Powtórzyć te same czynności dla niklu Ni. Wykonać badania dla stopów miedzi z niklem o różnych składach procentowych. . Na podstawie wyników badań wykreślić krzywe chłodzenia w układzie współrzędnych czas-temperatura.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Podać
krótki opis przebiegu ćwiczenia . krzywe chłodzenia dla poszczegól nych stopów. Opisać schemat urządzenia.
Wykreślić
Ćwiczen i e
111.19
ANALIZA CIEPLNA STOPU PODWOJNEGO Z EUTEKTYKĄ
zapoznanie się ze sposobem otrzymywanfa wypodwójnych z eutektyką oraz opanowanie umiejętności p osł ugiwania się nimi. 2. Wyposażenie: piec· elektryczny do ogrzewania metali, dwa tygielki ceramiczne zawierające metale Bi i Cd, urządzenia do pomiaru temperatury (termoelement Ni - NiCr), miliwoltomierz o zakresie od 60 mV, stoper sekundowy, badane metale, sproszkowany węgiel drzewny, papier milimetrowy, waga laboratoryjna. 1. Cel
kresów
3.
ćwiczenia:
układów
Wiadomości uzupełniające
Jeżeli dwa metale po roztopieniu tworzą roztwór ciekły, po krystalizacji zaś stanowią mieszaninę czystych składników, to stop tych metali nie jest jednorodny w stanie stałym (jest dwufazowy). Mieszaniny takie dla pewnego określonego składu procentowego wykazują najniższą temperaturę krzepnięcia, która nazywa się temperaturą eutektyczną.
124
Podwójny układ równowagi faz metali tworzących eutektykę przedstawia rys. III-32. Likwidus stanowią linie ~rzywe tA - E - tB, solidus linia łamana tA - tE - E -tE - tB, przechodzą ca przez punkt E najniższej temperatury krzepnięcia. Stop I roz . ./ poczyna krzepnięcie w temperaturze t 1 • Zaczynają wtedy powstawać pierwsze kryształy składnika A. Ciecz wobec tego ubożeje w ten metal. W temperaturze t 2 stop jest mieszaniną cieczy o skła dzie A 1 i czystego metalu stałego A. W temperaturze eutektycznej t 8 skład cieczy jest określony punktem e; wtedy zaczyna krystalizować mieszanina obu metali; metalu A i metalu B. Mieszaninę tę, tworzącą się zawsze w stałej temperaturze eutektycznej tĘ, nazywamy mieszaniną eutektyczną lub w skrócie eutekI
li
tA
f1
f2 r---t---_,._,_,~
~i---;-~~~~~~
fe Rys. III-32. Wykres równowagi stopu podwójnego tworzącego eutektykę, ze zjawiskiem przechłodzenia [32]
A
I
A, e'e
Il 8
tyką„
Mieszaniny eutektyczne tworzą zawsze strukturę drobnoziarnistą. Podczas krystalizacji mieszaniny eutektycznej (A+ B) utrzymuje się stała temperatura tE. Wynika to z reguły faz. W czasie tej krystalizacji występują trzy fazy: a) ciecz o składzie eutektycznym, b) stały metal A, c) stały metal B. Jest spełniona równość S=n-f+l
w której: n -
liczba składników, f - liczba faz. W naszym przypadku S=2-3+1=0. Przebieg krzepnięcia stopu II jest p
125
W temperaturze eutektycznej krzepnie ta sama mieszanina o skła dzie e, złożona z drobnych ziaren obu metali A i B. Rozpatrując krzepnięcie stopu o składzie eutektycznym e widzimy, że w tej temperaturze linie likwidusu i solidusu mają punkt wspólny E, a więc stop pozostaje ciekły aż do temperatury tE . W tej stałej temperaturze krzepnie mieszanina eutektyczna A+ B. Stopy o składzie odpowiadającym punktom leżącym na osi składów na lewo od punktu e noszą nazwę stopów podeutektycznych; stopy odpowiadające punktom położonym na prawo od punktu eutektycznego noszą nazwę nadeutekty,c znych. Charakterystycznymi cechami stopów eutektycznych są: a) stała temperatura krzepnięcia, b) drobnoziarnistość po zakrzepnięciu. Cechy te, a zwłaszcza ostatnia, stanowią główną przyczynę dużego zastosowania stopów eutektycznych (eutektyk) w technice. Stopowi o składzie określonym punktem e odpowiada lQQ'O/o eutektyki. Zawartość procentowa zmie~ia się prostoliniowo w zależności od składu i stąd otrzymuje się trójkątne pole zawartości eutektyki w stopach. Pozostałą część stopu poza eutektyką stanowi metal A lub metal B. Posługując się wykresem można okreś lić dla danego stopu ilość eutektyki i pierwotnie wykrystalizowanego metalu. Przykładowo
metalami, które po roztopieniu dają roztwór ciekły, w stanie stałym tworzą stop będący mieszaniną dwóch metali czystych, jest bizmut i kadm. W drodze przeprowadzonych doświadczeń ustalono, że czysty bizmut, czysty kadm i stop o zawartości 6010/o bizmutu i 40°/o kadmu krzepną w stałych temperaturach: bizmut (1) w temperaturze 271°C, kadm (5) w temperaturze 321°C, a stop o zawartości 409 /o Cd i 600/o Bi (3) w temperaturze eutektycznej te= 144°C (rys. III-33a). zaś
Przypuśćmy, że mamy · roztwór ciekły o zawartości 30°/o kadmu
i 70°/o bizmutu, który podgrzaliśmy do temperatury 400°C, a następnie poddajemy chłodzeniu (punkt A, rys. III-33b). W miarę stygnięcia temperatura roztworu spada, 'aż wreszcie osiąga temperaturę
likwidusu. Z chwilą gdy roztwór likwidusu, nadmiar bizmutu wydziela się w a w roztworze ciekłym pojawiają się zarodki kry-
ta, czyli
temperaturę
osiąga temperaturę
stanie 126
stałym,
b} a
a) .fOO
e
d B
A
400
oc
c
b
li
300
271°C
~
.2!
~ 200 @:
200
~
100
100
o
Ciecz+krl)sztafy Cd.
o
144°C
li
Eutektyka+ kryształy Bi I
Czas
c
11
A
Eutektyka+ kryształy Cd 11
20 30 40
I
60 70 80 %100
Zawartosć Cd
Rys. III-33. Wykres równowagi stopu bizmut-kadm [32]
stalizacji w postaci skupień atomów. Atomy kadmu są w dalszym ciągu w roztwo1'ze ciekłym. W miarę obniżania się temperatury na zarodkach krystalizacji osadzają się nowe atomy. W temperaturze eutektycznej kryształki bizmutu będą w równowadze z roztworem ciekłym o składzie eutektyki. Z chwilą gdy roztwór ciekły osiąga temperaturę eutektyki, zmienia się charakter krzepnię cia: wraz z kryształkami bizmutu zaczynają się wydzielać kryształy kadmu. Na skutek tego temperatura ustala się aż do czasu zakrzepnięcia ostatniej kropli roztworu ciekłego. Wydzielające się kryształki bizmutu i kadmu tworzą po skrzepnięciu bardzo drobną mieszaninę składającą się z kryształów obu metali. Jest to mieszanina eutektyczna. Gdy w roztworze jest przewaga kadmu, np. 70°/o Cd i 30°/o Bi, krzepnięcie ma przebieg podobny, z tym że najpierw z roztworu wydzielą się kryształy kadmu, a po osiągnię ciu temperatury eutektyki zaczynają się wydzielać kryształy bizmutu. W czasie ćwiczenia chłodzenie stopu należy prowadzić powoli, aby utworzyła się struktura zgodna z układem równowagi fazowej. Zjawisko przechłodzenia ma duże znaczenie w stopach technicznych. Na skutek przechłodzenia podczas krzepnięcia stop może uzyskać strukturę inną niż wynika to z układu równowagi.
127
„ 4. Przebieg
ćwiczenia
Włożyć
do pieca oporowego tygielek zawierający metal. Do rurki stalowej zatopionej w metalu wprowadzić termoelement. Powierzchnię metalu posypać sproszkowanym węglem drzewnym dla ochrony przed utlenianiem. Włączyć piec. Za pomocą miliwoltomierza wywzorcowanego w stopniach Celsjusza i termoelementu mierzyć spadek temperatury co 10 s, a odczytane wartości temperatur zapisywać w tabelce. Powtórzyć powyższe czynności dla drugiego metalu i stopu o składzie 606/o Bi i 40°/o Cd. Na podstawie wyników badań wykreślić krzywe chłodzenia w układzie współrzędnych: czas - temperatura.
-
-
5. Uwagi do sprawozdania: · Podać
krótki opis przebiegu ćwiczenia. Wykreślić krzywe chłodzenia dla poszczególnych stopów. Wykreślić wykres równowagi stopu Bi - Cd. Opisać schemat urządzenia.
-
Pytania -
sprawdzające
Jakie własności metali można określić (w przybliżeniu) za pomocą próby iskrowej? Jakie odróżnia się odmiany iskier? Jak się przeprowadza próbę rozginania kątownika? Jakie na jej podstawie można wyciągnąć wnioski? Omówić przebieg próby tłoczności blachy. Jakie praktyczne zastosowanie ma taka próba? Jak się wykonuje próbę zawijania i zaginania blach cienkich? W jakich warunkach przeprowadza się próbę przeginania blach i taśm? Jakie próby stosuje się przy sprawdzaniu plastyczności rur? Jak się je przeprowadza? Jakim próbom poddaje się druty? Jakie wady mogą wystąpić w spoinach? Jakie znasz technologiczne metody badania złączy spawanych? Jakie wady można wykryć przez oględziny zewnętrzne wyrobu metalowego i jakie na podstawie dźwięku przy uderzeniu młotkiem?
128
Na czym pole ga ba da m e
metodą
kapilarną?
Jak
moż na
takie bada ni a
przeprowadzi ć ?
-
Jakie wady można wykryć próbą przełomu niebieskiego? Jak s it: taką próbG przeprowad.la ? Jak przebiega wytłaczanie miseczek na tłoczniku do:; wiad czalnym? Jakie wyniki daje taka próba'? Na czym polega badanie met alu Ialam1 ultradźwiękowymi ? Jakie wady można wykryć tą metodą?
-
Do jakich badań używa się defektos kopu ultradżwiGkowego ? Omówlć rodzaje wad odlewów i materiałów stalowyc h po obróbce plastycznej. Jak się kwalifikuje zaobse rwowane wady? Jak przebiega analiza cieplna czystego metalu? Jakie cechy stopu można odczytać z wykresu równowa g.i fazowe j ? Co to jest przechłodzenie? Jak otrzymuje się wykres krystalizacji s topu podwójnego'? Jakie przemiany można odczytać z wykresu krystalizacji s topu podwójnego? Czym się one charakteryzują n a takin! wykresie? Jakie fazy mogą wystąpić w stopach podwójnych?
•
9 -
Pracownia t echnicz na dla techn.
Rozdział
IV
BADANIA METALOGRAFICZNE
WIADOMOSCI
WSTĘPNE
Badania metalograficzne mają na celu ujawnienie budowy (struktury) wewnętrznej metali i stopów. Przeprowadza się je na odpowiednio przygotowanych próbkach (zgładach) do badań makro1 mikroskopowych oraz preparatach do badań za pomocq mikroskopu elektronowego. Zgłady do badaii makroskopowych powinna cechować gładka powierzchnia, uzyskiwana przez szlifowanie (np. na papierach ściernych), natomiast powierzchme próbek przeznaczonych do badań mikroskopowych powmny być polerowane. Badania makroskopowe przeprowadza się najczęściej na całych przekrojach - przez obserwację okiem nieuzbrojonym lub za pomocą lupy albo mikroskopu binokularowego przy niewielkich powięk szemach. Badania mikroskopowe wykonuje się za pomocą mikroskopu metalograficznego w zakresie powiększeń od 50 do 200X lub mikroskopu elektronowego przy powiększeniach od 1OOO do 150 OOOX i więcej. Pobieranie próbek metalograficznych. Próbki do badań metalograficznych powinny być tak pobrane, aby było możliwe zbadanie struktury całego przedmiotu. Jeżeli \l\.'ięc przedmiot ma strukturę niejednorodną, to należy wykonać odpowiednio większą liczbę próbek. Na przykład części walcowane czy ciągnior e mają budowę ukierunkowaną. Dla uzyskania całkowitego obrazu struktury należy więc wykonać zgłady (szlify) poprzeczny i podłuż130
ny, przy czym na ogół ten ostatni kturę niż poprzeczny.
wyraźniej
charakteryzuje stru-
Powierzchn_ia danego przedmiotu ma często strukturę inną niż jego wnętrze. Może to być spowodowane czynnikami przypadkowymi, np. odwęglaniem podczas obróbki· plastycznej, tzw. likwacją występującą w odlewach lub też procesami umyślnymi, jak np. nawęglaniem, hartowaniem powierzchniowym itp. We wszystkich tych przypadkach próbka powinna być tak dobrana, aby pod mikroskopem można było wyraźnie obserwować prz~cięcie prostopadłe do powierzchni. Jeżeli bada się część uszkodzoną podczas pracy, należy pobrać co najmniej dwie próbki i wykonać zgład w miejscu uszkodzenia oraz w dalszej czc;ści przedmiotu dla porównania i ewentualnego wykrycia miejscowych różnic w strukturze. Przy badaniu struktur przedmiotów obrabianych cieplnie należy obserwować powierzchnię j rdzeń. Ponieważ pole powierzchni zgładu nie powinno przekraczać 4 cm2 , w przypadku dużych przekrojów należy wykonać więcej zgładów. Próbki wycina się z przedmiotów dużych, których nie można umocować na stoliku mikroskopowym. Małych przedmiotów nie tnie się na próbki, a zgład wykonuje się bezpośrednio na badanym przedmiocie. Gdy badanie dotyczy dużego przedmiotu, którego nie można niszczyć, wykonuje się replikę (negatyw) powierzchni i tę dopiero obserwuje się pod mikroskopem. W celu wykonania repliki miejsce, którego strukturę należy zbadać, szlifuje się i poleruje ręcznie. Na tak przygotowaną powierzchnię wylewa siG warstwę parafiny lub tworzywa sztucznego. Po zakrzepnięciu wylanej masy otrzymuje się replikę, której obserwacja umożliwia dość dokładną ocenę struktury. Próbki wycina się za pomocą pił ręcznych lub mechanicznych (do pobierania próbek z twardych materiałów stosuje się szybko wirującą tarczę karborundową.o grubości l-7-2 mm, ze spoiwem plastycznym). Należy przy tym zwracać baczną uwagę, aby przecinana powierzchnia nie. nagrzewała się; dlatego należy ją intensywn'ie chłodz ić strumieniem wody. Podwyższenie temperatury, nawet nieznaczne, może spowodować zmiany strukturalne na powierzchni zgładu, co w konsekwencji prowadzi do fałszywych wniosków 131
wynikających
z obserwacji mikroskopowej . .Jeżeli zachodzi konieczność odcinania próbki palnikiem acetylenowym, część ogrzaną od płomienia należy całkowicie usunąć przez frezowanie i wyrównanie pilnikiem. Stopy bardzo twarde, np. żeliwo białe, są równocześnie kruche; oddzielenie próbki jest w tym przypadku łatwe. Przedmioty hartowane nie powinny w czasie przygotowywania zgładu nagrzewać się do temperatury powyżej 100°C, ponieważ przy wyższych temperaturach rozpoczynają się już przemiany strukturalne. Dla stwierdzenia stopnia porowatości w materiałach porowatych próbkę zanurza się w parafinie, po czym dopiero wykonuje szlif. W ten sposób pory zyskują wyraźne kontury; nie stosując tego zabiegu otrzymuje się brzegi naderwane i obserwowany obraz nie jest prawidłowy. Najdogodniejsza wartość pola powierzchni zgładu wynosi 1-:-2 cm2 • Wysokość próbki szlifowanej jest uwarunkowana wygodnym trzymaniem próbki w ręku, a więc powinna być nie mniejsza niż 1 cm. Na rys. IV-1 przedstawiono uchwyty do mocowania próbek. Małe próbki, np. odcinki drutu, blachy czy mne drobne części, których przygotowanie ze względu na wymiar nastręcza trudności , należy inkludować w masie szybko twardniejącej. Próbkę z cienkiego drutu, który podczas obcinania szczypcami uległby zniekształceniu, wykonuje się w ten sposób, że mały zwój tego drutu zatapia się w bakeliecie i następnie wyrównuje na szlifierce ~owierzchnię zgładu. Prócz bakelitu jako środki do zatapiania służą tworzywa sztuczne, np. metakrylan metylu lub żywica Epid1an 5 z utrwalaczem Z-1 oraz nisko topliwe stopy.
b)
c)
Ry -.;. IV- 1. Sposoby zamocowywa nia różnych próbek do ob~cr\.v acj 1 mikroskopowych: a) umieszczenie próbki w ry-
nience z [22]
132
plasteliną,
b), c) zamocowywanie w obejmach
Inkludowanie próbek w żywicach odbywa się w ten sposób, że próbkę umieszcza się w stalowym pierścieniu (po uprzednim odtłuszczeniu próbki i pierścienia) I układ a się na płytce szklanej. Wymiary pierścienia: d=20740 mm, grubość ścianki 2 mm, wysokość 107 15 mm. Do pierścienia z próbką wlewa się przygotowaną wcześniej żywicę z utrwalaczem o konsystencji rzadkiego miodu i zostawia na 376 g'Odzin do stwardnienia. Próbki zatopione w stopach metali trawi się trudno ze względu na powstające ogniwa galwaniczne między próbką a stopem do inkludowania. Po wyrównaniu powierzchni ściernicą lub pilni\ kiem szlifuje się ją ręcznie lub mechanicznie na papierach ściernych. Dla materiałów kruchych zaleca się ręczne wykonyw:anie zgładów.
Szlifierki mechaniczne powinny być wyposażone w ściernice (zamocowane pionowo lub p-0ziomo) lub tarcze z naklejonymi papierami ściernymi różnej ziarnistości. Przy szlifowaniu próbek stosuje si ę prędkość obrotową ok. 500 obr/min dla materiałów miękkich i 1500 obr/min dla twardych. Należy przy tym zwrócić uwagę , aby próbka się nie nagrzała, co jest szczególnie ważne przy szlifowaniu próbek hartowanych (ze względu na możliwość ich odpuszczenia). W celu uniknięcia nagrzania można próbki chłodzić wodą. W razie braku szlifierki mechanicznej płaszczyznę zgładu można wyrównać pilnikami, po czym szlifować na papierach ścier nych nałożonych na płyty szklane lub inne gła dkie powierzchnie. Szlifowanie na papierach ściernych rozpoczyna się od papieru o najgrubszym ziarnie. Próbek nie powinno się przyciskać zbyt mocno. Po ukończeniu szlifowania należy próbkę przemyć w wodzie w celu usuni ęcia opiłków metalu , a następnie wysuszyć. Szlifowanie na papierze o określonym wymiarze ziarna trwa tak dłu go, aż znikną rysy poz.ostałe po operacji poprzedniej . Po każdej zmianie ziarnistości papieru próbkę myje się w strumieniu wody i suszy. Szlifowanie powtarza się na kilku papierach o malejącej ziarnistości. Przy przejściu na kolejny papier próbkę ustawia się tak, aby powstające rysy były prostopadłe do r ys powstałych na poprzednim papierze. Przy szlifowaniu próbek nic inkludowanych i bez oprawek należy zwrócić baczną uwa gę, aby nie zaokrąglić nadmiernie krawędzi lub nawet całej próbki. co przy obserwacji
133
'
dużym powiększeniu uniemożliwia otrzymanie ostrego na powierzchni obrazu. Przy szlifowaniu metali i stopów miqkkich, np. aluminium, moż na papier o najdrobniejszym ziarnie posmarować parafiną, co pomaga w uzyskaniu gładszej powierzchni.
przy
całej
W nowoczesnych rozwi4zaniach urządzeń do szlifowania coraz częściej stosuje się szlifierki, w których papiery ścierne są zanurzone w bieżącej wodzie (:>zlifowanie na mokro). Zaletą pracy na papierach mokrych jest znaczne skrócenie czasu szlifowania oraz możliwość uzyskania lepszej powierzchni zgładu; bieżąca woda wymywa bowiem luźne cząstki metalu i zanieczyszczeń, które przy szlifowaniu na sucho są przyczyną powstawania rys. Głów nymi elementami szlifierki do pracy na mokro są korpus i rama, którą przyciska siG taśmy papieru ś<.:iHnego do płyty szklanej, umocowanej ukośnie w korp11sie. Do drugiej górnej płytki doprowadza się wodę, która stale spływa po papierze ściernym. Szlifowanie polega na ręcznym pocieraniu próbki o papier ścierny. Stosuje siq też innego rodzaju szlifierki do pracy na mokro. Poziomo wirujące tarcze zanurzone są tu w bieżącej wodzie. Papiery ścier ne układa się na powierzchni wody nad tarczami. Pod wpływem siły odśrodkowej woda wyplywa spod papierów, które przylegają do tarcz wskutek działania ciśnienia atmosferycznego. Przy szlifowaniu na mokrych papierach należy przestrzegać następujących zasad: - nacisk na próbkę powinien być możliwie duży, szlifowanie _na danym papierze nie powinno być przerywane z chwilą !Gniknięcia rys z poprzedniego papieru, lecz dopiero w jakiś czas po tym, dopływ wudy p owinien być dostateczny, - stosowany papier nie po\v1111cn być zupełnie nowy (ale też l nie zużyty) .
Polerowanie i tra\cvienie 1uóbek. Po wykończającym szlifowaniu na papierze o najdrobniejszym ziarnie próbkq zmywa się w bieżącej wodzie i przyslE,puje do polerowania ręcznego lub mechanicznego. Stosuje sic; też polerki elektrolityczne. Przy polerowaniu mechanicznym używa się jedno- lub wielotarczowej polerki o pionowej lub poziomej osi obrotu. Tarcze polerki są obciągnięte
134
miękkim
suknem. \V czasie polerowania sukno zwilża siq zawiesiną tlenku glinu w wodzie (najlepiej destylowanej). Można też · zwilżać wodną zaw1esiną tlenku chromu, tlenku żelaza lub manganu. Tarcze polerek powinny być stale zwilżane. Nie należy jednak tarczy zlewać zbyt obficie, gdyż nie przyspiesza to polerowania. Nie należy też zbyt mocno przyciskać próbki do obracającej się tarczy. Polerować należy
tak długo, aż rysy będą niewidoczne nawet przy obserwacji pod mikroskopem. Po wypolerowaniu zgład przemywa się w wodzie destylowan~j, opłukuje alkoholem i suszy w strumieniu ciepłego powietrza. Anoda +
-
t
I
~=-
Podgrzewante
.!
Rys. IV-2. Zasada polerowania elektrolitycznego [221
Rys. IV3. Schemat µolerki elektrolitycznej [22]
Pom ko
/
Zasadę
polerowania elektrolitycznego przedstawia rys. IV-2. W pojemniku 1 jest umieszczone naczynie 2 z elektrolitern 1 a w nim z kolei próbka 3 będąca anodą i katoda 4 wykonana z nierdzewnej stali. Po przyłączeniu urządzenia do obwodu prądu stałego ~astępuje ruch jonów w kierunku od anody do. katody; powierzchnia anody ulega rozpuszczar:iu, przy czym najbardziej narażone
135
kroskopowych można \'J:ykryć następujące wady i szczegóły budowy: - w przedmiotach odlewanych - pęcherze odlewnicze, jamy usadowe, powierzchniowe zazużlenia lub zapiaszczenia, „nieodlania", pęknięcia, w przedmiotach obrabianych plastycznie - zawalcowania, zakucia, pęknięcia, przebieg włókien na przekroju, rozmieszczenie skupisk wtrąceń niemetalicznych i wtrącenia niemetaliczne egzogeniczne, w elementach spawanych - nieprawidłowość kształtu spoiny, przetopienie, brak przetopu, podtopienie, zażużlenie, pęchene gazowe, pęknięcia, - po obróbce cieplnej - pęknięcia hartownicze, - po szlifowaniu - pęknięcia szlifierskie. Do obserwacji makroskopowych można używać lupy, mikroskopu stereoskopowego, mikroskopu metalograficznego wyposażonego w urządzenie do obserwacji makroskopowych (np. mikroskop Reicherta, który umożliw ia także fotografowanie obrazów makroskopowych). Ocena jakości materiału wg wyników obserwacji makroskopowej wymaga dużego doświadczenia. Niewłaściwa ocena może spowodować w warunkach warsztatowych dopuszczenie do produkcji materiał wadliwego albo zdyskwalifikowanie materiału dobrego. INSTRUKCJA BEZPIECZENSTWA I HIGIENY PRACY W PRACOWNI METALOZNAWSTWA I OBRÓBKI CIEPL~E.J
Uczniowie wykonujący ćwiczenia w pracowni m etaloznawstwa i obróbki cieplnej zobowiązani są przestrzegać nastqpujących zasad bezpieczeństwa i higieny pracy: 1. Każdy uczeń powinien być ubrany w dopasowane ubranie robocze oraz - w razie potrzeby - w rqkaw1ce robocze, obu wie ogniotrwałe lub gumowe, okulary ochron_ne. 2. Poszczególne stanowiska pracy powinny być wyposażone w szczegółowe instrukcJe bhp. 3. Przed przystąpieniem do pracy należy sprawdzić stan urzą dzeń.
138
4. Stanowiska pracy powinny być każdorazowo po wykonaniu ćwiczenia uprzątnięte i uporządkowane. 5. Przygotowywanie zgładów na szlifierkach i polerkach może odbywać się jedynie· pod nadzorem nauczyciela. 6. Przy szlifowaniu zgładów na szlifierce należy bezwzględnie stosować osłonę os::zu. 7. Podczas szlifowania zgładów na papierach ściernych należy mocno uchwycić próbkę w rqku i szlifować stosując odpowiedni nacisk. 8. Przygotowywaniem odczynników zawierających stężone kwasy lub zasady może się zajmować jedynie nauczyciel lub wy-, znaczone osoby pod jego osobistym nadzorem. 9. Należy bezwzględnie przestrzegać zasady, że przy sporządza niu odczynników dolewa się zawsze (ostrożnie, małymi dawkami) kwas do alkoholu lub wody, a nigdy odwrotnie. 10. W razie intensywnego rozgrzewania się odczynni~a podczas jego sporządzania należy stosować kąpiel chłodzącą. 11. Wszelkie manipulacje ze stężonymi kwasami lub innymi szkodliwymi substancjami mogą być przeprowadzane jedynie pod wyciągiem (dygestorium). Szyba dygestorium powinna być uniesiona w górę jedynie na tyle, aby było możliwe swobodne poruszanie rękamj. Powinna ona bezwzględnie osła niać twarz obsługującego. Uwaga. W czasie pracy pod dygestorium należy włączyć wentylator wyciągowy dygestorium oraz wentylator nawiewnY, dla całego pomieszczenia. · 12. Jakiekolwiek manipulacje przy instalacjach elektrycznych są surowo zabronione. O wszelkich ewentualnych awariach należy meldować nauczycielowi.
' Cwlczenie IV.1 PRZYGOTOWANIE PROBEK DO BADAŃ MAKROSKOPOWVCH
1. Cel ćwiczenia: celem tego ćwiczer : 1a jest zapoznanie praktyczne uczniów ze sposobami przygoto ...vyv1an:a próbek do badań makroskopowych.
139
2. Wyposażenie: szlifierka, polerka (np. typ M 1), piłka do metali, komplet papierów ściernych, płyty szklane o wymiarach 200X X300X5 mm, stożek z wat ą, prę cik szklany.
Lp. i
I
Odczvnniki
U wagi
1+5'1l/o roztwór wodny kwasu siarkowego
Baumanna
1
Skład
zanieczyszczeń si.arką
oraz fosforem
2 g siarczanu miedzi 8 g chloru amonowego 100 ml wody d estylowa-
Anczyca
2
. -
ujawnia rozmieszczenia
niej
3
ujawnia rozmieszczenia fosforu
100 ml wody destylowanej 10 g chlorku amonowo-miedziowego
Hey na
jw.
--1----- ---1------------ -4
O ber hofftYI"a
•
0,5 g chlorku cynoweg·o 1 g chlorku miedziowego 30 g chlorku żelazowego 500 ml alkoholu etylowego 500 ml wody destylowa-
- - _ _____,
ujawnia fosfor, a
także
strukturę pierwotną
nej
5
·
6
50'0/o roztwór wodny kwasu solnego
100 ml kwasu solnego stęronego
zanieczyszcoenia zostają a miejsca porowate i popękane silnie zaatakowane, stąd ujawnienie miejsc wadliwych wyżarte,
100 ml wody destylowanej
Mieszani~a 76 ml kwasu solnego stę kwasu solnego żonego i siarkowego 24 ml kwasu siarkowego (Jacewicza) 100 ml wody destylowa-
jw.
nej
7
-8
Roztwór 50 ml kwasu azotowego wodny kwasu 150 ml wody destylowanej azotowego Fry-makro
żonego
100 ml wody
140
- -- - - - -
ujawnia „Unie
90 g chlorku miedzi
120 g kwasu solnego
jw.
stę-
I destylowanęjl
poślizgów"
3. Wiad~mości uzupełniające -
patrz w iadomoś ci ogólne r ozdz. IV.
ćwiczenia
4. Przebieg
'
Pobraną próbkę
na jpierw wyrównuje SH~ na j ednej p owierzchni, po czym powierzchn ię t ę szlifuje s ię na szlifierce tarczowej w j ednym położeniu oraz po obrocie o kąt 90° dopóty , aż znikną poprzednie rysy. Następnie powierzchnię próbki przemywa się bieżącą wodą i szlifuje na papierach ściernych, rozpoczynając od pap ierów o ziarnie grubszym, zmieniając (podobnie jak poprzednio) kierunek szlifowania o 90° w stosunku do poprzedniego. Po każ dej zmianie papieru należy próbkę przemyć wodą , a~y po zostałe z grubszego papieru ziarna nie tworzyły rys.~ Po zakoń~zeniu szlifowania i opłukaniu należy powierzchnię wysuszyć w strumie niu c iepłego powietrza. Próbek przeznaczony ch do obse rwacji m akroskopowych nie należy polerować (wtrącenia niemetaliczne mo~ głyby ulec rozmazaniu). Do makroskopowych badań próbek, np. do próbek Baumanna, jest wskazane przed szlifowaniem przyspawanie uchwytu· do próbki. W tab}icy na str. 140 zestawiono powszechnie stosowan e odczynniki do badań makroskopowych. I
5. Uwagi do sprawozdania : Opisać
przebieg przy gotowania próbki do badania r ozmieszczenia siarczków, pobranej z nitu, śruby i kątownika .
Ćwiczenie
IV.2
.
.PRZYGOTOWANIE PRóBEK DO BADAŃ Mf.KROSKOPOWVCH
1. Cel ćwiczenia: praktyczne zaznajomienie uczniów ze sposobam i przygot owania próbek do obserwacji m ikroskopowych. 2. Wyposażenie: szlifierka, poletka do zgładów typ M 1, piłka do metali, komplet papierów ściernych, płyty szklane o wymiarach 200 X300X5 mm, stożek z watą, pręcik szklany dmuchawka ele141
•
ktryczna, korytko z plasteliną, słoiki z odczynnikami, normy od~ czynników PN-61/H-04503, PN-61/H-04511, PN-61/H-04512. 3. Wiadomości uzupełniające - patrz wiadomości ogólne do rozdziału IV.
•
4. Przebieg
ćwiczenia
Próbkę oszlifowaną
(jak w ćwiczeniu IV.1) polerować na polerce. Tarcza polerki powjnna byt: oklejona Iilcem i zroszona wodną zawiesiną tlenku żelazowego lub tlenku glinu.
jLp. \ Odczyn_!l_ik_i___,l'--_ _ __S_k_ł_a_d_ _ _ _-;-_ _ _ _U_w_a~g~i_ _ __ 1
I Alk•oholowy
11+5 ml stężonego kwaroztwór kwa- su azotowego su azotowego 100 ml alkoholu etylo-
Ujawnia granice ziarn, Zastosowanie uniwersalne do stali i żeliwa
we~
2
Pikrynian sodowy
25 g wodorotlenku sodowego ~ g k wasu p ikrynowego krystalicznego 75 ml wody destylowanej
Ferryt pozostaje jasny, cementyt ciemnieje; traw i się przy ok. 60°C
Nadsiarczan amonu
g nadsiarczanu amonu 100 ml wody destyl. lub b) 2 cz. 150/o roztworu wodnego nadsiarczanu amonu 2 cz. 50°/o roztworu wodnego kwasu solnego stężonego 1 cz. stęwnego r{'lztworu alkoholowego or toni trofenol u
Pr zy dłuższym trawieniu zabarwi.a różnie powierzehnię ziarn, a nawet pow oduje powstanie figur tr awienia .
450 ml wody destylowanej 450 ml kwasu solnego 450 ml kwasu azotowego
Tr a\\l~enie na gorąco przy 60 +70°C Dla trudno trawiących się stali stopowych
I .1
3
-
4
Woda królewska
6
W10da królewska z gliceryną
a) JO
--
• 142
-
3 cz. gliceryny
2 cz. kwasu solnego 4 cz. kwasu a7Jotowego
-
Stosowany do stali
mięk
ki ch oustenitycznych i
do stopów miedzi
jw,
Polerowanie prowadzić aż do uzyskania lustrzanego zgładu. N astępnie tak przygotowaną powierzchnię spłukać bieżącą wodą i osuszyć w strumieniu ciepłego powietrza z dmuchawki elektrycznej, po czym przemyć alkoholem. Jeśli pracownia nie jest wy posażona w polerkę, polerowanie można prowadzić na papierach ściernych mulonych, układanych na płytach szklanych, oraz poduszkach filcowych zraszanych wodną zawiesiną tlenku żelazowe go lub tlenku glinu. Trawienie
wykonywać wprowadzając
odpowiedni odczynnik na wytrawienia poznaje się po stopniu zmatowienia. Jeśli mikroskop wykaże niedotrawienie, można jeszcze raz przeprowadzi ć wytrawianie; przy przetrawieniu próbkę należy na nowo polerować. wypolerowaną powierzchnię. Stopień
Na str. 142 zestawiono najczęściej stosowane odczynniki do trawienia próbek do badań mikroskopowych. „
--
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Wymienić
Opisać
odczynniki stosowane do trawienia stopów żelaza. przebieg przygotowania próbki do badań mikroskopo-
wych.
Ćwiczenie
IV.3
WYKRYWANIE
ZANIECZYSZCZEflł
STALI
SIARKĄ
I FOSFOREM
A. P·róba Daumanna 1. Cel
ćwiczenia:
czyszczeń siarką
wykrywanie i określanie rozmieszczenia zaniei fosforem stopów Fe-C.
2. Wyposażenie: papier fotograficzny bromosrebrowy, wodny 2+5-procentowy roztwór kwasu siarkowego, utrwalacz, miseczki z porcelany, bibułka, próbki do badania. 143
3.
·wiadom ości uzupełniające
"l'Jawnieme rozmieszczenia zanieczyszczeń siarką metodą pośred nią polega na wykonaniu odbitek stykowych na papierze fotograficznym. Odcinki próbne pobiera się z całego przekroju przedmiotu albo z jego części, w kierunku równoległym lub prostopadłym do kierunku obr óbki plastycznej (sposób przygotowania powierzchn i probek opisano w wiadomościach ogólnych do niniejszego rozdziału). Należy podkreślić, że próba Baumanna nie umoż ]jwia ilościowego określenia zawartości siarki: uj awnia tylko rozjożenie siar czków w badanym przedmiocie. Zanieczyszczenia powinny być rozłożone na powierzchni przekroju badanej próbki równomiernie. Jeśli w1qc obserwowany przekrój wykazuje odstępstwu od tej zasady, to można na tej podstawie wnioskować o plastycznej obróbce materiału. Na rys. IV-5 przedstaw10no odbitkę Baumanna wykonaną na wycinku połą czenia nitowego.
Rys. IV-5. Odbitka Baumanna przekroju polqczenia nitowe-
go
Niekiedy wyst{ipuje wzrost zawartości siarki na powierzchniach przedmiotów. Jest to spowodowane długotrwałym wygr zewaniem stali w piecach opalanych gazem lub koksem (zawier a j ącym wię ksze ilości siarki) i w następstwie utrudnia obróbkę plastyczną na gorąco. Próba Baurnanna umożliwia również wykrycie pozostało ści jam usadowych, pęcherzy oraz fosforu w stali (fosfor reaguj e z emulsją papieru bromosrebrowego, powoduj ąc powstawanie jasnożółtych punktów odpowiadających skupieniom fosforków).
144
4. Przebieg
ćw i czenia
Na pow1erzchmę zgładu nałożyć pap1er fotograficzny bromosrebrowy (zanurzony uprzednio w 2-7--5-procentowym roztworze wodnym kwasu siarkowego) w taki sposób, aby powierzchnia zgładu szczelnie przylegała do powierzchni papieru. Po 2 minutach papier zdjąć, opłukać w wodzie, a następnie zanurzyć w utrwalaczu fotograficznym na 10 minut, po czym ponownie przemyć w wodzie w czasie ok. 30 minut i s uszyć na powietrzu lub w suszarce. Przebieg reakcji, jakie zachodzą między emulsj ą papieru fotograficznego , kwasem siarkowym i siarczkami, jest następujący FeS MnS H 2S
+ H2S04 ~ FcS04 + H2S + H S04 --+ MnS0 + H2S + 2AgBr ~ Ag S + 2HB r 2
4
2
Jak wynika z reakcji, wydzielający się siarkowodór r eaguje z emulsją na papierzP bromosrebrowym , pow odując powstawanie zaciem nie11 siarczkiem srebra, wielkością i kształtem odpowiadających skupieniom siarczków w stali. B . Próba Anczyca 1.
wykryw ani e rozmieszczenia Fe-C fosforem.
Ce ł ćwiczenin:
pÓ\V
zanieczyszczeń
sto-
2. W.) posażenic: odczynnik Anczy<:a (2 g siarczanu miedzi, 8 g chlorku amonowego, 100 ml wody destylowanej), ew. odczynnik Hcyna oraz Oberho.ffera, miseczki porcelanowe, w ata, 5-procentowy roztwór amoniaku , próbki do badań . 3.
.
Wia domości uzupełniające
Zanieczyszczenia fosforem grupują się na granicach kr y ształkó w jako segregacje dendrytyczne lub strefowe. Do wykrywania rozmieszcz-enia fosforu używa się odczynników miedziowych Anczyca· lub H eyna, jak również odczynnika Oberhoffera. Odczynniki Anczyca i Ileyna działają elektrolitycznie, przy czym żelazo ulega 10 -
Piacownh1 tcchruczn a dla tec hn.
145
rozpuszczeniu, a m1edż osadza się na powierzchni zgladu. Odczynnik Oberhoffera wytrawia mieJSCa uboższe w fosfor, nie naruszając bogatszych, uwidocznia również strukturę pierwotną (w tych przypadkach trzeba stosować dłuższy czas wytrawiania). 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Powierzchnie próbek przygotować wg opisu w wiadomościach ogólnych niniejszego rozdziału. Próbkę z wygładzoną powierzchnią zanurzyć w odczynniku Anczyca i przetrzymać tak 1 +5 minut, tj. do momentu, gdy powierzchnia pokryje się warstwą miedzi. Po wyjęciu zgładu spłukać warstwę miedzi strumieniem wody, a próbkę przetrzeć watą (krawędzie próbek o dużych powierzchniach oblepia się nawoskowanym papierem, tworząc w ten sposób jakby naczynie, którego dnem jest powierzchnia próbki; po wlaniu· odczynnika powierzchnia ulega wytrawieniu) . Gdy warstwa miedzi wydzielona na powierzchni zgładu nie daje się zmyć wodą, należy ją przetrzeć watą nasyconą 5-procentowym roztworem amoniaku, który łatwo rozpuszcza miedź. Obserwować powierzchnię
próbki. W miejscach zanieczyszczonych związkami fosforu wskutek reakcji chemicznych wystę pują ciemniejsze plamy. Miedź wydzielona w pierwszej fazie reakcH z siarczanu miedzi reaguje w drugiej fazie z Fe 3P, dając ciemniejszy związek podwójnego fosforku. 5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić wiadomości
o zanieczyszczeniu stali
siarką i
fosfo-
rem. -
Omówić
sposób przeprowadzenia próby Baumanna. Omówić sposób przeprowadzenia próby Anczyca. Narysować odręcznie rozmieszczenie zanieczyszczefi. fosforem w badanej próbce. Załączyć wykonane odbitki Baumanna.
146
Ćwiczenie IV.4 OKREślENIE STRUKTURY PIERWOTNEJ ORAZ OKREŚLEN I E S!ClONNOSCI ST Alt
DO STARZENIA PO PRZEKROCZENIU GRANICY PLASTVCZNOSCI
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie tury materiałów.
się
ze sposobem
badań
makrostruk-
2. Wyposażenie: próbki do badania, odczynniki, wanna piec komorowy elektryczny. 3.
ołowiowa,
Wiadomości uzupełniające
"Wykrywanie struktury pierwotnej Struktura pierwotna jest to struktura tworząca się podc2las krzep-. nięcia stopu. Struktu.ra odlewu, podobnie jak struktura wlewka. zawiera kilka stref. Każda strefa ma inną wielkość ziarn, inny kształt, inną ilość zanieczyszczeń (likwacja we wlewku). Podczas obróbki plastycznej wlewka poszczególne strefy wyciągają się, ziarna się rozdrabniają. Strefa środkowa pozostaje najbardziej zanieczyszczona, szczególnie w miejscach granicz_qcych ze sirefą transkrystaliczną. W odkuwkach ze stali występuje podobny rozkład. Ziarna układają się w pasma równoległe do sił rozciągających lub ściskających. Jako zanieczyszczenia występują tlenki, siar czki i krzemiany nie rozpuszczające się w stali w stanie stałym. Jeżeli ilość zanieczyszczeń
kucia
materiału,
otrzymuje
jest znaczna i silny jest
stopień
prze-
się strukturę makroskopową włókni
stą. Niejednorodność powstała
podczas krzepnięcia stopów zostaje zniekształcona podczas obróbki plastycznej w kierunku płynięcia metalu. Tak powstają linie płynięcia metalu. Przy znacznym. zgniocie równoległym powstaje włóknistość pierwotna. Do ujawnienia struktury pierwotnej we wlewkach stalowych, odlewach staliwnych oraz wyrobach obrobionych plastycznie stosuje się sła biej działające odczynniki, np. Oberhoffcra; na próbce staliwnej ujawni się strukutra dendrytyczna lub globulityczna, a w materiale obrobionym plastycznie- struktura pasemkowa. 147.'
Okr eś lenie skłonnoś ci staH do starzenia Celem próby jest stwierdzenie skłonności stali niskowęglowej do starzenia. Niektóre gatunki stali niskowęglowej ulegają samorzutnemu starzeniu, tj. w miarę upływu czasu następuje wzrost ich kruchości i skłonności do powstawania pęknięć wewnętrznych. Przyczyną tych zjawisk jest utwardzanie dyspersyjne występują ce na skutek w y dzielania się z f errytu cementytu trzeciorzędo w ego oraz azotków. Proces tego wydzielania moż e być znacznie przyspieszony przez zgniot, tj. przez obróbkę plastyczną na zimno - poniżej temperatury rekrystalizacji. Próbę przeprowadza się w następuJący sposób: próbkę odkształca się powyżej granicy plastyczności przez rozciąganie i ściskanie, a następnie poddaje s1ę zabiegowi starzenia w temperaturze ok. 300°C. Po wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu wytrawia się próbkę odczynnikiem „Fry-makro;'.
do starzenia wykazują na wytrawionym zgładzie poślizgów" w postaci ciemnych pasemek klinowych, wnikających w głąb materiału i przęcinających się pod kątem ok. 45°; inne stale nie wykazują po takim zabiegu żadnych zmian. „Linie poślizgów" bardzo często można wykryć na próbkach pobranych z blach kotłowych po długotrwałej pracy kotła.
Stale „linie
skłonne
4. Przebieg
-
ćwiczenia
Przygotować
próbki do
badań
makroskopowych. Próbkę I pod~ać odkształceniu plastycznemu, a następn ie starzeniu w temperaturze ok. 300°C i wytrawić odczynnikiem „Fry-makro". Próbkę II trawić odczynnikiem Oberhoffcra. Obejrzeć próbki poddane wytrawieniu.
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
krótko treść makrostruktury.
ćwiczenia, naryso~ać odręcznie
oglqdane
Ćwicze nie
IV.5
OKREśLENIE
WIELKOSCI ZIARN NA
1. Cel
ćwiczenia:
ziarn na
zapoznanie
PRZElOMłE
się
ze sposobem
określania
przełomie .
Wyposażenie:
p1ec do nagrzewania próbek, prasa do próbek, skala wzorców Jernkontoreta.
2.
wielkosci
łamania
3. Wi a domości uzupełniaj
ziarna określa się przez porównanie prz~łomu ze skalą Jcrnkontoreta (rys. IV-6). Skala ta obejmuje dzi es1qć stopni ziarnisluśc.:L Rozmiary ziarn oznaczono od 1 (ziarno naJw1ększe) do 10 (ziarno najmniejsze). Odcinki próbne o wymiarach 27 X 27 lub 30X30 mm pobiera się z materiału obrobionego plastycznie i obrabia mechanicznie na ' wymiar 25X25X100 mm; na środku próbki nacina się ostry karb o głębokości około 3 mm. Przed wykonaniem właściwej próby próbki poddaje się wstępne] obróbce cieplnej, a następnie hartuje je w wodzie lub oleju w czterech różnych t~mperaturach (np. 760, 800, 840, 880°C). Wrażliwość na przegrzanie określa się ·przez wyznaczenie zakresu temperatur, w którym ziarno w warstwie zahartowanej przełon.1u wzrasta więcej niż o dwie jednostki skali Jernkontoreta. Dla stali niewrażliwych na przegrzanie zakres ten wynosi 120°C, dla wra zliwych 40°C. Po złamaniu próbek określa się: rozmiary ziarn na przełomie w skali .J ernkontoreta, głqbokość warstwy zahartowanej oraz liczbQ pęknięć na przełomie. Wyniki zapisuje się przykładowo w postaci: 7/4- 3P, gdzie licznik określa rozmiary ziarn w warstwie zahartowanej wg skali Jernkontoreia, a mianownikgłqbokość warstwy zahartowanej w mm. Symbol 3P oznacza, że na przełomie zaobsenvowano trzy pęknięc1a. wzorcową
4. Przebieg
/
ćwiczenia
Zahartować
próbki w czterech niowanych co 40°C.
różnych
temperaturach stop-
149
„
'
R ys. IV-6. S kaln Jernkontor eta [33]
-
Określić
rozmiary ziarn na przełomie warstwy zahartowanej . przez porównanie z wzorcami J ernkontoreta. Określić głqbokość warstwy zahartowanej.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Krótko opisać sposób określania rozmiarów ziarn przez porównanie zę skalą Jernkontoreta. Opisać prze bieg ćwiczenia.
Ćwiczenie
IV.6
PROSA GŁĘBOKIEGO WYTRAWIANIA
WYKRYWANIA NIECIĄGtOSCI
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobem wykrywania wad i z wadami materiałów w postaci nieciągłości. 2.
Wyposażenie:
3.
Wiadomości uzupełniające
Próba
próbki do
badań,
odczynniki, wanna
ołowiowa.
głębokiego
wytrawiania Właściwe wyniki badania otrzymuje się tylko wówczas, gdy są przestrzegane właściwe parametry próby, jak o~powiednia jakość powierzchni, skład chemiczny odczynnika, temperatura i czas trawienia. Przygotowanie próbek opisano w wiadomościach ogólnych niniejszego rozdziału (powierzchni odkuwek, odlewów, kę sów i prętów przeznaczonych do badania wad zewnętrznych zazwyczaj nie obrabia się). Skład odczynnika powinien być tak dobrany, aby możliwe było uzyskanie pewnych i powtarzalnych wyników. Odczynnik powinien mieć konsystencję jednakową zarówno w temperaturze ok. 20°C, jak i w temperaturze podwyższonej. Temperatura odczynnika wydatnie wpływa na intensywność jego przenikania w głąb materiału, jak również na szybkość oddziały wania na poszczególne składniki strukturalne i wtrącenia. Najlepszą porównywalność wyników trawienia uzyskuje się stosując stałą temperaturę (np. dla 50-procentowego roztworu wodnego
151
HCl temperatura to powinna wynosić ok. 70° C). Należy równiez odpowiednio dobrać czas dzia ł ania odczynnika (zbyt krótki czas wytrawiania daje obraz wady jakby zmniejszony, zbyt długie natomiast wytrawianie powoduje wyolbrzymieni(' t ego obra zu. np. siarczek manganu pod wpływem zbyt długiego wytrawiania może dawać: pozorny obraz 200-krotnie zwiQkszony ). Celem próby głębokiego wytrav,iama jest uj;rwn!enie wad wev.-llę trznych i zewnętrznych na próbkach pooranych z całego przekroju poprzecznego lub podłużn ego oraz stwierdzenie, czy badany materiał pod lega ł obróbce plastycznc.J. Materiał kuty lub . walcowany wykazuje ch arakterystyczny „przebieg włókien" , natomiast odlewy poddane głębokiemu wytrawiamu ujaw niają mieJsc.:owe wyżarcia wtrąceń niemetalicznych, na ogół chaotycznie rozmieszczonych na całej powierzchni b adanego wyrobu. Do głę bokiego ·wytrawiania stosuje się najczęściej odczynniki, których skład podano w tablicy z ćwiczeni a IV.1. Odczynniki te atakują bardzo energicznie powierzchnie próbki, rozszerzają przerwy materiałowe, jak np. pęknjęcia, wyżerają wtrąceniu niemetaliczne oraz składniki 'rV przestrzeniach rpiqdzykrystalicznych.
Wykrywanie nieciągłości w materiale \Vady stanowiące nieciągłość w materiale, jak np. pory, jamy usudowe, rzadzizny w odlewach, pęknięcia na skutek naprężeń odlewniczych, pęknięcia podczas obróbki cieplnej, zawalcowania, wady spawania, widoczne są często na powierzchniach przedmiotów bez specjalnego ich przygotowama. Czasem jednak wady te dają obraz nikły lub są wręcz niewidoczne, a dopiero wskutek działania silnie trawiących odczynników uwidoczniają się wyraź nie. Do ujawniania tego rodzaju wad, a zwłaszcza nikłych pęk nj ęć, służą odczynniki do głębokiego trawienia. Jednym z takich odczynników jest odczynnik .Jacewicza (30 cm3 kwasu solnego HCl, 12 cm3 stężonego kwasu siarkowego H 2S04 , 50 cm3 wody H 2 0). Próbkę zanurza się do odczynnika ogrzanego do temperatury 95° C na 15-:-60 minut. W tym czasie m iejsca zanieczyszczone zo staj ą silnie wytrawione i rozpuszczone przez odczynnik, a pękni ęcia znacznie poszerzone tak, że po wyjęciu próbki z roztworu w ady są wyrażnie widocme. Struktura m akroskopowa dendrytyczna zostaje również w ten sposób ujawniona. bowiem mieJ152
sca czystsze, bogatsze w żelazo, stają się wypukłe, zanieczyszczone zas -. silnie wyżarte i wgłębione. Stosuj ąc więc zgład gł ęboko wytrawiony jako stempel, można otrzymać odbitkę makrostruktury, zwilżając powierzchnię tu~zem i odbijając wypukłość na papierze. 4. Przebieg
-
ćwiczenia
Wytrawie czGść próbek 50-procentowym roztwor em wodnym kwasu solnego. Pozostałe próbki wytrawić odczynnikiem Jacewicza. Obserwować wytraw10ne próbki.
5. Uwagi do sprawozdania: Narysować odręcznie oglądane
makrostruktury
i opisać
wady
materiału.
Ćwi c zenie IV.7 BUDOWA M IKROSKOPU METALOGRAFICZNEGO 1 SPOSÓB WYZNACZANIA POWIĘKSZEŃ
l Cel ćwiczenia : poznanie budowy mikroskopu metalograficznego 1 jego obsługi. · 2 Wyposażenie: mik roskop do światła prze chodzącego, mikroskop do świa tła odbilegu, komplet obiektywów i okularów, plansze I schematy budowy mikroskopow, wypolerowany i wytrawiony zgład metalogra ficzny 3.
Wiadomości uzupełniające
Budowa mi~roskopu i jego zdolność rozdzielcza Mikroskop złożony składa siG z dwu zbierających zespołów socze·w ek, umieszczonych na końcach rury zwanej tubusem. Zespół soczewek, zazwyczaj o krótkiej ogniskowej, zwrócony do przedrnio153
tu nazywa się obiektywem, drugi zaś, przez który dokonuje się obserwacji, nosi nazwę okularu. Obiektyw tworzy wewnątrz tubusu rzeczywisty, powiększony i odwrócony obraz A 1B1 (rys. IV.7c), który ogląda się za pomocą okularu. Wskutek istnienia obywdu zespołów obserwuje siG pozorny, powiększony i prosty obraz A 2 B 2 • Całkowite powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększenia obiektywu i okularu.
l
~
Rys. IV-7. Obserwacja przedmiotu AB: a) gołym okiem, b) za pomocą lupy, c) za porno- , cą mikroskopu ogniska, J od! E'ogniskowe, ó - odległość między ogn1skam4 obiektywu i okularu (dłU·· go~ć optycrna ubusu) F
-
g!ości
Do optycznego wyposażenia mikroskopu należy również urządze nie oświetlające, od którego zależy jasność, ostrość i kontrastowość obrazu. Na jakość obrazu wpływa także dokładnqść prostopadłego ustawienia stolika względem osi optycznej tubu~u mikroskopu. W tym celu zespoły te mocowane są na sztywnym sta tywie, który jest wyposażony w mechaniczne elementy regulacyjne oraz urządzenia służące do łatwej wymiany obiektywów i okularów oraz regulacji oświetlenia. Powiększenie mikroskopu jest, jak powiedziano, iloczynem powiększenia obiektywu oraz powiększama okularu. Na podstawie
154
tego stwierdzenja można by błędnie wnioskować, że przez odpowiedni dobór obiektywu i oku laru otrzyma się dowolnie duże powiększenie. W rzeczywistości jednak rozmiary szczegółu, które można obserwować za pomocą mikroskopu, są nie mniejsze od pewnych określonych wartości, ograniczonych falowym charakterem światła. Najmniejsza odległość d dwóch punktów, które można jeszcze rozróżniać z użyciem danego mikroskopu, nosi nazwę zdolności rozdzielczej. Zachodzi przy tym. związek n·sin o=)./cl współczynnik załamarno. światła (szkła
w którym: n -
optycz-
nego), ó kąt zmiany kierunku promienia (b = {J/2, !YSIV-8), A -długość fali świetlnej, d - zdolność rozdzielcza.
Rys. IV-8. .obield ywu
Kąt
fJ
rozwarcia
[22)
Dla zmniejszenia zdulności rozdzielczej mikroskopu pomiędzy zgład i obiektyw wprowadza się kroplę przezroczystej cieczy, tzw. cieczy immersyjnej, o bardzo dużym współczynniku załamania n światła (jest to zazwyczaj olej cedrowy). Zwięk'szenie wartości n powoduje zmniejszenie d, zgodnie z podanym uprzednio wzorem d -
_}._
n · sinó
,
155
JV-9), nachyloną pod kątem 4~ 0 , częściowo przez nią przechodzą, · częściowo siq od niej odbijają i przez obiektyw 2 docierają do powierzchni zgładu ·3. Po odbiciu się od tej powierzchni promienie ·ponownie przechodzą przez obiektyw, a następnie są kierowane przez pryzmat 4 do okularu, skąd docierają do oka obserwatora. Zastosowanie pryzmatu (rys. IV-10) daje obraz jaśniejszy i bardziej kontrastowy, lecz zdolność rozdzielcza obiektywu jest mniejsza, ponieważ pryzmat przysłania połowę jego otworu czynnego.
Rys. IV-10. Bieg promieni w z pryzmatem [22]
Opisane
układzie
układy umożliwiają obserwację
optycznym
przedmiotu w tzw. jasnym polu widzenia. Przy skośnym skierowaniu promieni na powierzchnię zgładu można obserwować w tzw. ciemnym polu widzenia. Otrzymany w ten sposób obraz jest jak gdyby negatywem obrazu w polu jasnym. Przy tym sposobie oświetlacz kieruje promienie ukośnie poza obiektywem; do obiektywu trafiają więc tylko promienie odbite, te, które na swej drodze spotkały szczegóły rozpraszające światło, jak granice ziarn, wydzielei1, wtrąceń, rysy itp. Inne płaszczyzny dają obraz ciemniejszy. Bieg 15S
Rys. IV-11. Bieg promieni w mikroskopie przy oś·.,,..;e tleniu ukośnym [22] ~ródło światła, 2 kondensor, 3 - przysłona l.:olowa, 4 - zwi~rcładlo paraboliczne, 6 - próbka, 7 - obiektyw
1 -
promieni przy oświetleniu ukośnym przedstawia rys. IV-11. Srodkowa część cylindrycznej wiązki promieni jest przysłoniGta koło wą przesłoną 3. Wiązka promieni po odbiciu od pierścieniowego zwierciadła 4 biegme poza obiektywem, załamuje siG w zwierciadle parabolicznym 5 i pada ukośnie na powierzchnię zgładu 6. Obserwację w ciemnym polu widzenia przeprowadza się dla wydobycia szczegółów niewidocznych w polu jasnym.
vVyznaczanie powiększenia na matówce mikroskopu W celu wyznaczenia wartości powiększenia uzyskiwanego na matówce mikroskopu w mi€JSCe badanej próbki wstawia się podział kG mikrometryczną (zwykle jest to 1 mm podzielony na 100 czę ści). Otrzymany na matówce obraz tej podziałki należy dokładnie zmierzyć, tj. wyznaczyć np. odległość między dwiema sąsiednimi kreskami. Uzyskaną wartość należy podzielić przez 0,01 mm; otrzymany wynik jest wartością powiększenia uzyskiwanego na matówce. I' V u;aga: zwykle w celu
zwiększenia
dokładności
pomiaru powiQkszenia mierzy się odległość między skrajnymi kreskami widocznymi na ekranie, otrzymany wynik dzieli się wówczas przez liczbę dziełek. Podobnie przy fotografowaniu otrzymywanych obraz-ów ro'.l.miary poszczególnych wad można określić przez porównanie fotografii wady z fotografią podziałki mikrometrycznej, wykonaną w tych samych warunkach.
159
4. Przebieg
ćwiczenia
Zapoznac się z mstrukcJą obsługi oraz budową mikroskopu metalograficznego. Zestawić wyposażenie optyczne mikroskopu, określić wielk ości charakterystyczne obiektywów i okularów oraz wyznaczyć wartości uzyskiwanych powiększeń. Wyznaczyć powiększenie fotograficzne na matówce mikroskopu za pomocą podziałki mikrometrycznej oraz wy~naczyć rozmiary dowolnego szczegółu wtrącenia lub ziarna na zgładzie metalograficznym. Wykonać zdjęcie fotograficzne obserwowanego szczegółu
-
5. Uwagi do sprawozdania : Narysować schemat mikroskopu i biegu promieni. Podać krótki opis mikroskopu i jego obsługi.
-
Narysować
6. Dodatkowe
struktury obserwowanych próbek. środ ki
nauczania
Prospekty i katalogi PZO, Zakładów Reicherta Plansze poglądowe i schematy mikroskopów.
-
Ćwiczenie
IV.8
WTRĄCENIA
NIEMETALICZNE W STALI
Zejssa
1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się z rodzajami wtrąceń niemetalicznych w stali oraz ze sposobami ich oznaczania. 2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny, normy PN-60/H-04509, PN-64/H-04510, PN-60/H-04508. 3.
Wiadomoś ci uzupełniające
Wtrącenia
niemetaliczne dzielą się ogólnie na. 1. Wtrącenia pochodzenia obcego (egzogeniczne),
160
występuJące
stali sporadycznie i
maJącc skład
chemiczny zblizony do materiałqw ogniotrwałych. Dostają się one do stah na skutek uszkodzenia mechanicznego wyprawy pieca, rynien spustowych, kadzi odlewniczych lub kanałów przy odlewaniu syfonowym. 2. Wtrącenia pochodzące z procesów metalurgicznych (endogeniczne), powstające jako produkt reakcji fizykochemicznych w ciekłej stali. Są to przede wszystkim związki proste, jak siarczki, krzemiany, tlenki lub bardziej złożone ich połączenia Wtrącenia niemetaliczne wywierają prawie zawsze szkodliwy wpływ na własności stali. w
Metodami makroskopowymi i mikroskopowymi określa się ich wymiary, ilość, rodzaj i rozmieszczenie. Makroskopowe metody określenia wtrąceń niemetalicznych polegają na obserwacji okiem nieuzbrojonym lub za pomocą lupy - obrobionej mechanicznie powierzchni badanego materiału (próba foczenia schodkowego lub przełomu niebie::;kiego). Próba przełomu niPbieskiego polega na złama i1iu nakarbowanej płytki
w temperaturze niebieskiego nalotu (ok. 300°C). Płytkę uprzednio nagrzaną do temperatury ok. 400°C ustawia się na prasie i łamie po obniżeniu jej temperatury do 300°C. W wyniku utleniania powierzchnia przełomu materiału „zdrowego" jest pokryta niebieskim nalotem. Zanieczyszczenia i segregacje wykazują jaśniejsze barwy, natomiast reszta płytki zabarwb się na kolor ciemnobrązowy. Obrazy na przełomach nieb1eskich są kontrastowe i dobrze widoczne.
b) fh=fl,75d0 •
~i
d2=0,fJ5da 1
rft=0,95do
•
c-,,t le)
I
~ ~
Rys. IV-12. Ww.ce próbek
toczenia
schodkowego
do
sprawd~enia stref: a) wewnętrznej, b) powierzch-
niowej (22] 11 -
Pracownia techniczna dla techn.
161
Próba toczenia schodkowego polega na badaniu odcinka pręta lub kęsa, toczonego schodkowo (rys. IV-12). Badanie dotyczy całego przekroju lub warstw przypowierzchniowych. Skrawanie wykonuje się drobnym wiórem, dla zapewnienia lepszej widzialności wtrąceń (próbki nie należy szlifować). Otrzymane powierzchnie . bada się okiem nieuzbrojonym, notując liczbę i klasę wtrąceń na ' poszczególnych schodkach wg normy PN-60/H-04508. Mikroskopowe metody określania wtrąceń niemetalicznych stosuje się do zgładów przygotowanych jak do normalnych badań mikroskopowych (przy czym zanieczyszczenia określa się na zgła dach nie trawionych). Stosowane są różne metody oznaczania wtrąceń, jak MSD (Mechanicznej Stacji Doświadczalrn;?j Politechniki Lwowskiej), Jernkontoreta (Zjednoczone Hutnictwo Stali w Szwecji) i inne. Metoda MSD polega na określeniu ilości i rozmiarów wtrąceń niemetalicznych, nie daje natomiast możliwo ści określenia rodzaju wtrąceń. Oznaczenie wtrąceń przeprowadza się na powierzchni zgładu w polu widzenia o średnicy 2 mm, przy powiększeniu 50x. Rozmiary wtrąceń wyznacza się przez: - pomiar za pomocą okularu z podziałką, - porównanie z wzorcami, - pomiar podziałką milimetrową na matówce mikroskopu. W dwóch ostatnich przypadkach jako kryterium oceny przyjmu-
w,g tablicy (PN-64/H-04510) do określania zanieczyszczeń niemetalicznych w stali. Oceny dokonuje się przez porównywanie rysunków zawartych w tej tablicy z polem widzenia odpowiadającym kołu o średnicy 1,171,3 mm na powierzchni sprawdzanej, obserwowanej przy powiększeniu lOOx. Oznaczenie stopnia zanieczyszczenia stali wtrąceniami niemetalicznymi polega na ocenie postaci, ilości i długości oraz niekiedy grubości wtrąceń przez porównanie z wzorcami. Jako wynik oceny wpisuje się odpowiednie oznaczenia literowe i liczbowe. je
się podział wtrąceń
Oznaczenia literowe stosuje się tlenki ułożone łańcuszkowo tlenki ułożone punktowo krzemiany kruche krzemiany plastyczne 162
następujące:
TŁ,
-
TP, KK, KP,
krzemiany i tlenki nieodks:z.tałcone - KN, (globularne) - s, siarczki AT, azotki tytanu -AA. azotki aluminium Każda skala zawiera 5 wzorców. Każdy wzorzec ma 2 lub 3 odmiany (a, b, c) w zależności od rozmieszczenia wtrąceń niemetalicznych. Oznaczenie liczbowe może stanowić liczbę całkowitą (1, 2, 3, 4 lub 5), bądź wartość pośrednią między dwoma oznaczeniami (np. 0,5 2,5 itp). Przy zapisywaniu wyników podaje się wskaźniki największego zanieczyszczenia dla każdego rodzaju wtrąceń oddzielnie, a oprócz tego - wskaźnik największego zanieczyszczenia w postaci łańcuszkowej (TŁ, KP, KK). Przykład zapisywania wyników podano w poniższej tabelce. Rodzaj Najwyższy
Lp. szlifu
KK
TŁ
KP
wskaźnik spośród TŁ
KK i
1
1,5
2
1,5
s
1,0 2,0 • 1,5 3,0 2,0 1,0 1,0 3,0 1,5 1,0
5 6
7
-
8 9
10 11
12
o o
o
2,0
o
o Q
1,5
o o
o
o o o o o o
3,0
o o o
o
I
Przykład
1,7
I
o,5
i
o
I
TP
KN
s
AT
AA
o o o o o o o
1,0 2,0
o o
e o o o o o
o
o o
1.0 1,0 0,6 2,0 1,0 2,5 1,0 1,0 2,0 1,5 1,0 1,0
KP
1,5 1,5 2,0 2,0 1,5 3,0 2,0 3,0 1,0 3,0 1,5 1,0
o o
Sredni
-
wtrącenia
o 1,0 2,6 1,0 1,0
o o o
2,0 1.0 1,0
o
,
o o o o o o o o o o
o
o o
o o o
wskaźnik
1,9
I
powierzchni z widocznymi mi przedstawiono na rys. IV-13.
o
I
1,0
I
wtrąceniami
1,3 1
o
I
o
niemetaliczny-
163
Rys. IV-13. Wtrącenia niemetaliczne obserwowane: a) w jasnym, w ciemnym polu w idzenia [5)
u)
W celu zapobieżenia wykruszaniu się wtrąceń przy szlifowaniu i polerowaniu -faleca się hartować próbki, zaś w przypadku badania stali niskowęglowych - uprzednio je nawęglić. Przy odbiorze technicznym badaniom podlegają tylko miejsca na zgładzie najbardziej zanieczyszczone. 4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdz ić powiększenie
mikroskopu na matówce. Przeprowadzi ć obserwacje próbek pod mikroskopem. Dokonać na zgładzie oznaczenia wtrąceń ni cm~talicznych wg PN-64/H-04510. Dokonać oceny zanieczyszczeń na próbie przełomu niebieskiego. Dokonać oceny zanieczyszczeń na próbkach obtoczonych schodkowo (Ila przekrojach i na warstwach powierzchniowych). 5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
sposób oznD('Zania
wtrąceń ni~metalicznych.
Narysować odręcznie
obraz badanej próbki z
·wykonać
wtrąceń
-0-151 o. 164
oznaczenia
wtrąceniami.
niemetalicznych wg PN-64/H-
Ćwiczenie
IV.9
OBSERWACJE MIKROSKOPOWE ZNISZCZEf.J KOROZYJNYCH
1. Cel ćwiczenia; zapoznanie się z typowymi zniszczeniami korozyjnymi występującym i w materiałach czqści ur ządzeń i aparatury przemysłowej . 2. Wyposażenie: mikroskop metalurgiczny, zgłady pr óbek pobranych z części zniszczonych korozją, zd j ęci a metalograficzne typowych zniSŻczeń korozyjnych, atlas. 3.
Wiadomości uzupełniające
W zależności od miejsca i charakteru zniszczenia korozyjnego. można wyszczególnić kilka najbardziej typowych zni szczeń : Korozja rów nomierna. Zachodzi ona w przypadku, gdy cala powierzchnia m etalu ulega zmianom korozyjnym z jednakową pręd kością. K orozja tego rodzaju występuje wówczas, gdy na powierzchni metalu nie tworzą się warstewki ochronne, a utworzone w przypadku korozji elektrochemicznej mikroogniwa są rozmieszczone r ównomiernie (rys. IV-14).
R ys. IV-14. F otografia' stru ktury stali wqglow ej z dużymi ślad ami korozji atmosferyc:t.nej [34]
R ys. 1IV-l 5. Fotografia k orozj! µ u n k towPj stopu lekkiego ( wże
ry) [16]
165
Korozja punktowa. Charakteryzuje się ona ·r oznym nasileniem z.niszczeń korozyjnych w poszczególnych miejscach powierzchni. W określonych warunkach ma ona charakter korozji punktowej. Korozja punktowa nierównomierna (miejscowa) może być wynikiem znacznej niejednorodności strukturalnej materiału, gruboziarnistości wielofazowych stopów, miejscowego odpryśnięcia z powierzchni metalu warstewki ochronnej (rys. IV-15). Korozja międzykrystaliczna. Korozja ta rozprzestrzenia się na granicach z.iarn i najcZ'ęściej jest spowodowana procesami wydzieleniowymi w miejscach styków ziarn. Pewną odmianą tej korozji jest niszczenie korozyjne żeliwa szarego, przebiegające wzdłuż wydzieleń grafitu, odgrywającego w układzie ogniwa elektrokorozyjnego rolę katody. Ten rodzaj korozji jest popularnie nazywany rakiem żeliwa (rys. IV-16).
Rys. IV-16.
Fotografia korozji w t1asze sta-
międzykrystalicznej
lowej [16]
Korozja selektywna. Korozja ta jest wywołana niszczeniem jednego składnika strukturalnego (o niższym potencjale) z pozostawieniem drugiego składnika nienaruszonego. Korozja tego rodzaju występuje najczęściej w stopach dwu- lub wielofazowych. naprężeniowa.
Ten rodzaj niszczenia jest spowodowany współdział aniem czynników korozyjnych i naprężeń rozciągają cych statycznych, działających w czasie procesu korozyjnego na metal. Pęknięcia wywołane tego r odzaju korozją mogą mieć charakter zarówno międzykrystaliczny, jak i transkrystaliczny. Zależy to od rodzaju działającego czynnika korozyjnego oraz od budowy wewnętrznej metalu ulegającego korozji. Korozja
166
Korozja zmęczeniowa. Występuje ona w wyniku współdziałania procesów korozyjnych i naprężeń cyklicznie zmiennych. Spotykana jest między innymi w elementach pomp stosowanych do przetłaczania cieczy chemicznie aktywnych. I
ł.
Przebieg
-
Przeprowadzić badanie metalograficzne zgładów wypolerowanych, a następni e wytrawionych odpowfodnimi odczynnikami (np. w przypadku próbek stalowych 2-procentowym roztworem a lkoholowym kwasu azotowego) . Określić charakter i rodzaj zniszczenia korozyjnego, porównując obserwowane struktury ze zdjęciami metalograficznymi.
-
ćwiczenia
5. Uwagi do sprawozdania: -
przebieg ćwiczenia. Zamieścić rysunki struktur. Podać prawdopodobny przebieg i przyczyny zyjnych próbek oglądanych na ćwiczeniach. Krótko
opisać
zniszczeń
koro-
Cwiczenie IV.10 OBSERWACJE MIKROSKOPOWE STALIWA I STALI WĘGLOWYCH KONSTRUKCYJNYCH WYżARZONYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze strukturami staliwa i stali konstrukcyjnych węglowych wyżarzonych - obserwacja próbek pod mikroskopem, zapoznanie się z metodami odróżniania staliwa od stali oraz określania procentowej zawartości węgla w stalach podeutektoidalnych. · Wyposażenie:
mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, odczynnik do wytrawiania (roztwór alkoholowy kwasu azotowego), próbki staliwne - węglowe i stopowe, próbki stali konstrukcyjnych wyżarzonych o zawartości 0,1°/o C; 0,3°/o C; 051/o C; O, 7°/o C, atlas zdjęć struktur metalograficznych. 2.
167
3.
Wiadomości uzupełniające
Staliwo jest plastycznie obrabialnym, lecz nie obrobionym (wystę puje w postaci lanej) stopem żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. Zazwyczaj ilosć węgla w staliwie nie przekracza 0,6°/o, a suma innych domieszek i z~nieczyszczeń pochodzących z przerobu hutniczego, tj. manganu, krzemu, fosforu i siarki, również nie przekracza 1°/o. W zależności od tego czy znajdujące się w staliwie domieszki są pozostałością po przerobie hutniczym, czy też są wprowadzone umyślnie, rozróżnia się dwa rodzaje staliwa, a mianowicie węglowe i stopowe. ' Staliwa węglowe zawierają tylko pierwiastki pochodzące z przerobu hutniczego, przy czym najważniejszym składnikiem jest wę giel. Od jego zawartości zależą głównie własności mechaniczne staliwa.
Staliwa stopowe zawierają - oprócz pierwiastków z przerobu hutniczego - pierwiastki wprowadzone celowo, jak nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad l inne. Staliwa stopowe, szczególnie przy dość szybkim chłodzeniu po odlaniu, mają zazwycza.J strukturę dendrytyczną; jest to spowodowane faktem, że ujednorodnienie zachodzi tu znacznie trudniej niż w staliwach węglowych. Stal jest plastycznie obrobionym stopem żelaza z WGglem i mnymi pierwiastkami. Zależnie od tego czy występujące w stali pierwiastki pochodzą z przerobu hutniczego, czy też były wprowadzone umyślni e, rozróżnia się dwa , rodzaje stali, a mianowicie węglowe i stopow0. Stale węglowe zól.wicrają tylko pierwiastki pochodzące z przerobu hutniczego, jak węgiel, mangan, krzem, fosfor, siarka, tlen, azot i inne. W czystych stupach żelaza z \.\'Qglem granicz.na zawartość węgla w stali pokrywa się z jego maksyma] ną rozpuszczalnością w żelo.zie, wynosi więc 2°/o C. Rys. IV-17 i IV-18 przedstawiają struktury stali konstrukcyjnych po wyżarzeniu. Najważniejszym składnikiem w tych stalach jest węgiel, gdyż głównie od jego zawartości zależą włllilności mechaniczne stali. Stale stopowe, oprócz pierwiastków pochodzących z przerobu hutniczego, zawierają również pierwiastki wprowadzone umyślnie. 168
Rys. IV-17. Fotografia struktury stali St5 wyżarzonej - widoczne 50°/o perlitu i 500/o ferrytu
Rys. IV-18. Fotografia stali St7 wyża rzonej stała pasemkowość - perlit oraz ferryt (pow. lOOX)
(pow. 500X) [29)
[29)
jak nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad, mangan (powyżej 0,9°/o), krzem (powyżej 0,5°/o), kobalt, aluminium, miedź i inne. Pierwiastk-i stopowe polepszają własności wytrzymałościowe stali lub nadają jej cechy specjalne, jak np. odporność na korozję, odporność na wysokie temperatury itp. Zawartość węgla w niektórych stalach stopowych (szczególnie chromowych) może przekraczać 2-0/u. 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Przygotować próbkę
do wytrawiania (sposób przygotowania próbek opisano na początku niniejszego rozdziału). Wytrawić próbkę 4-procentowym roztworem alkoholowym kwasu pikrynowego. P.owierzchnię próbki zwilżyć kroplą odczynnika aż do lekkiego zmatowienia, przemyć w strumieniu wody pod kranem, a następnie osuszyć w strumieniu powietrza. Obserwacji dokonywać najpierw przy niewielkim powiększeniu (ok. lOOx), a następnie przy większym (ok. 500x). Rozpoznać strukturę próbki przez porównanie otrzymanego obrazu z fotomikrografiami staliw lub stali konstrukcyjnych węglowych wyż.arzonych i odrysować zaobserwowane struktury.
169 I
I
-
Zmienić
okular zwykły na okular z kratką i określić zawartość węgla w próbce metodą pośrednią - prŻez wyznaczęnie procentowego udziału perlitu w polu widzenia. Ponieważ perlit .zawiera około 0,88/o C 1 zatem zawartość węgla w próbce moż na wyznaczyć wg wzoru /oC= 0 /o perlitu· 0,008
0
w którym 0/o perlitu oznacza procentowy udział perlitu w polu widzenia. I' 5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić
-
przebieg
własnych badań
staliw i stali konstrukcyjnych wyżarzonych oraz zestawić rysunki otrzymanych struktur. Opracować opis badań i wnioski. - Określić za pomocą badań mikroskopowych przybliżone za' wartości węgla w podeutektoidalnych stalach węglowych wy~ żarzonych. \
Ćw i czeni e
'
IV.11
OBSERWACJE MIKROSKOPOWE STRUKTUR ZELIWA WĘGLOWEGO ZWYKŁEGO, MODYFIKOWANEGO i SFEROIDALNEGO
1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się ze struktu :i;ami żeliwa oraz ich własnościami.
2.
Wyposażenie:
mikroskop metalograficzny, próbki do badań, zdjęcia metalograficzne próbek atlas, 4-procentowy roztwór alkoholowy kwasu pikrynowego, odczynniki, pręcik szklany, wata, korytko z plasteliną. 3.
Wiadomości uzupełniające żeliw węglowych
Do
żeliwo
zalicza
się: żeliwo białe, żeliwo połowiczne,
szare.
w temperaturze otoczenia cała ilość węgla wyw postaci związanej. Żeliwo białe jest tworzywem twardym i kruchym, praktycznie biorąc nie daje się obrabiać narzę-
W
żeliwie białym
stępuje
170
dziami skrawającymi i z tego względu jest stosowane dość rzadk0. W zależności od zawartości węgla żeliwo białe może być podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne. W żeliwie białym pe_deutektyc:znym - obok ledeburytu - występuje dodatkowo perlit oraz cementyt drugorzędowy, zaś w nadeutektycznym cementyt pierwotny w postaci igieł. W żeliwie białym eutektycznym występuje ledeburyt przemieniony. W stl'lllktur:ze żeliwa połowicznego obok ż.eliwa szarego (perlit+ girafit) występuje ledeburyt. Strukturę taką otrzymuje się w odlewie zabielonym (utwa rdzonym) między warstwą powierzchniową białą a szarą strukturą rdzenia.
+
Klasyfikację żeliwa szarego przeprowadza się w zale żności od struktury osnowy oraz od wielkości i kształtu grafitu. W zależ.: ności od osnowy rozróżnia się żeliwa szare: ferrytyczne, ferrytyczno-perlityczne, perlitJczne (rys. IV-19, IV-20). W zależności od wielkości i kształtu grafitu rozróżnia się żeliwa szare: zv;ykłe o graficie płatkowym, modyfikowane - o drobnym graficie płatkowy, sferoidalne - o graficie kulkowym.
Zeli wo f errytyczne zawiera w osnowie ferrytycznej grafit, przeważne gruby. Żeliwo to wykazuje niskie własności wytrzymało-
Rys. IV-19. Fotografia struktury żeliwa szarego o zawartości 3,5°/o C. Grafit w postaci nitek na szarym tle perlitu, duże jasne pola ferrytu (pow. 100 X) [32]
Rys. IV-20. Fotografia struktury żeliwa szarego o zawartości 3,5°/o C. Nieznaczn a ilość grafitu na szarym tle perlitu, duże ja sne· pola ferrytu (pow. 600 X)' [32]
l7"t
ściowe, stąd
obecnie jest raczej rzadko stosowane jako na odlewy cz ęśc i maszyn.
materiał
Żeliwo
ferryiyczno-perliczne charakteryzuje się średnimi włas nościami mechanicznymi. W jego strukturze występuj e · perlit oraz ferryt i grafit. Żeliwo perlityczne zawiera w osnowie perlitycznej płytki grafitu. Wykazuje ono - w porównaniu z innymi żeliwami zwykłymi bardzo dobre włas ności mechaniczne. W produkcji części maszyn stosuje się najczęściej żeliwo perlityczne o· graficie płatkowym ze względu na jego wysokie własności wytrzymałościowe oraz zdolność tłumi enia drga ń.
•
R ys. lV-21. F otografia żeliwa szarego m odyfikowan ego, nie traw ion ego (pow. 200 X) [32]
Żeliwo modyfikowane (rys. IV-21) rozm się od żeliwa zwykłego o graficie płatkowym tylko drobniejszym grafitem, co u zyskuje się przez dodanie w czasie spustu do rynny lub kadzi dodatkowego składnika, tzw. modyfikatora (bez działania tego m odyfikatora żeliwo zakrzepłoby jako zwykłe, połowiczne, a nawet białe ). Stosowane są różne modyfikatory, np. żelazo-mangan~ wapniokrzem, aluminium oraz - najczęściej - sproszkowany żelazokrzem. Uzyskana w wyniku modyfikowania str\iktura powoduje wy·raźne p olepszenie własności wytrzymałościowych żeliwa. Żeliwo modyfikowane stosuje się do wyrobą, odpowiedzialnych części maszyn, jak np. kół zębatych, gąsienic ciągników, a tak.że innych części maszyn, szczególnie części narażonych na obciążenia zmienne.
172
Rys. IV-22. Fotografia żeliwa sferoidalnego, ferrytyczno-perlitycznego (pow. 300X) [32]
Rys. IV-23. Fotografia żeliwa sferoidalnego perlitycznego (pow. 30X [32]
Żeliwo sferoidaine bierze swą nazwę od sferoidalnej (kulistej)
postaci grafitu. Strukturę żeliwa sferoidalnego stanowi perlit z równomiernie rozłożonym grafitem sferoidalnym, niekiedy otoczonym ferrytem, lub ferryt z grafitem sferoidalnym (rys. IV-22 i IV-23). W porównaniu z żeliwem szarym żeliwo sferoidalne wykazuje nie tylko większą wytrzymałość, zwłaszcza na rozciąganie, lecz także pewną plastyczność (wyrażaną wartością wydłużenia procentowego), np. żeliwo sferoidalne ferrytyczne, poddane obróbce cieplnej, wykazuje wydłużenie procentowe dochodzące nawet do 20'0 /o, a więc żeliwo to jest tworzywem plastycznym. Żeliwa sferoidalne stosuje się do wyrobu bardzo odpowiedzialnych czę ści maszyn, np. wałów korbowych. 4. Przebieg -
ćwiczenia
Przygotować
do ćwiczeń zgłady metalograficzne. Przygotowane próbki poddać obserwacji mikroskopowej i wykonać rysunki. Otrzymane obrazy porównać z posiadanymi zdjęciami struktur żeliwa z atlasu.
5. Uwagi
-
Krótko
opisać
Zamieścić
przebieg ćwiczenia. rysunki struktur. 173
Opisać wpływ składu
-
strukturę żeliwa
Podać własności
-
dzajów
chemicznego i szybkości chłodzenia na szarego. i możliwość zastosowań obserwowanych ro-
żeliw.
Cwic:zenie IV.12 OBSERWACJE MIKROSKOPOWE STRUKTUR ZELIWA STOPOWEGO
I
CIĄGLIWEGO
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie oraz żeliwa ciągliwego.
się
ze strukturami
żeliwa
stopowego
2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny, próbki do badań z żeliwa stopowego i ciągliwego, odczynniki (4-procentowy roztwór alkoholowy kwasu pikrynowego), pręcik szklany, wata, korytko z plasteliną, fotografie struktur - atlas. 3. Wiadomości uŻupełniające Żeliwa
stopowe stanowią oddzielną grupę żeliw. W skład tej grupy wchodzą żeliwa specjalne, od których wymaga się własności specjalnych, jak odporności na ścieranie i na korozję, odporności na działanie wysokich temperatur, dużej odporności elektrycznej. Dużą odpornością na ścieranie odznaczają się żeliwa o strukturze martenzytycznej i austenitycznej. I
Żeliwo zwykłe
jest stosunkowo mało odporne na działanie czynników chemicznych. Przez wprowadzenie do żeliwa dodatków stopowych, takich jak krzem, nikiel, chrom oraz nikiel z chromem, chrom z molibdenem, można odporność tę znacznie powiększyć. Najbardziej odpornymi na korozję żeliwami stopowymi stosowanymi w przemyśle chemicznym są żeliwa krzemowe, niklowe i chromowe. Żeliwa krzemowe są w zasadzie odporne na działa nie wszystkich kwasów, przede wszystkim azotowego i siarkowego. Nieco mniej są odporne na działanie kwasu solnego. Żeliwo zwykłe nie jest również odporne na działanie wysokiej temperatury: podczas nagrzewania następuje zwiększenie jego objętości
174
\ na skutek dalszej grafityzacji cementytu zawartego w perlicie, co łączy się z powstawaniem naprężeń własnych. Brugą przyczy1 111.ą powstawania naprężeń w żeliwie jest jego duża niejednorodn\>ść strukturaln~. Różna rozszerzalność poszczególnych składni k~w strukturalnych żeliwa wywołuje naprężenia, które mogą na~et doprowadzić do zniszczenia materiału. Niektóre żeliwa stopowe, dzięki zawartości pewnych składników, np. chromu lub mol~bdenu, są stosowane jako materiały żaroodporne. Największy wpływ
na przewodność elektryczną żeliwa wywiera zawartość krzemu i węgla. Przy zwiększeniu ilości tych składcl ków wzrasta oporność właściwa żeliwa. Przez wyżarzenie żeliwa białego otrzymuje się żeliwo ciągliwe, w którym na skutek rozpadu cementytu występuje węgiel żarze nia. W zależności od środowiska wyżarzania i sposobu jego przeprowadzania rozróżnia się trzy zasadnicze rodzaje żeliwa ciągli wego: -
żeliwo ciągliwe białe,
które otrzymuje
się
przez
wyżarzenie
żeliwa białego
-
~
-
w środowisku utleniającym, żeliwo ciągliwe czarne, otrzymywane przez wyżarzanie żeliwa białego w atmosferze obojętnej z doprowadzeniem procesu grafityzacji do końca. żeliwo ciągliwe perlityczne, które otrzymuje się przez wyżarz.anie żeliwa białego w atmosferze obojętnej, nie doprowadzając procesu grafityzacji do końca.
Struktura żeliwa ciągliwego białego zawiera ferryt z nieznaczną ilością perlitu; czarnego czaś - ferryt i węgiel żarzenia. Żeliwo ciągliwe perlityczne ma osnowę perlityczną, zawierającą niekiedy niewielkie ilości ferrytu oraz węgla żarzenia. Rys. IV-24 przedstawia fotografię struktury żeliwa ciągliwego czarnego po wytrawieniu. 4. Przebieg
-.
ćwiczenia
Przygotować
do ćwiczeń zgłady metalograficzne. Poddać obserwacji mikroskopowei przygotowane próbki. Wykonać rysunki zaobserwowanyc~ struktur.
175
,
Rys. IV-24. Fotografia żeliwa cią- / gliwcgo wytrawiongo. Węg iel ża rzenia · 11a tle jasnego ferrytu [34)
I
! \J 5. Uwagi do sprawozdania: -
przebieg ćwiczenia. Z amieś cić: ry sunki struktur. Opisać sposoby· otrzymy wania żeliw ciągliwy ch. Podać własności i zastosowanie żeliw .stopowy ch.
Krótko
Ćwiczenie
opisać
IV.13
OBSERWACJE STRUKTURY STALI WYŻARZANIU
WĘGLOWYCH
PO OBROBCE CIEPLNEJ,
I ULEPSZANIU CIEPLNYM
zapoznanie się ze strukturami stali węglowych wyżarzonych , ze sposobami odróżniania stali pedeutektoidalnej od nadeutektoidalnej, z metodami wyznaczania procentowej zawartości węgla w stali podeutektoidalnej oraz ze sposobami określania struktury stali po uleszeniu cieplnym. 1. Cel
ćwiczenia :
2. Wyposażenie: mikroskop m etalograficzny szkolny z kompletnym wyposażeniem, próbki stali \\')'Żarzonych (stali podeutektoidalnej o zawartości 0,15°/o C; 0,35°/o C i 0,55°/o C; nadeutekoidalnej o zawartości 1,1°/o C - o strukturze perlitu pasemkowego; nadeutektoidalnej o zawartości 1,256/o C - o strukturze cementytu kulkowego na tle ferrytycznym; eutektoidalnej o zawartości 176
0,8°/o C; eutekt oidalnej ulepszonej cieplnie), odczy nniki, normy st'ąli węglowych konstrukcyjnych, norma PN-66/H-04507 „Oznacza.pie wi elkośc i ziarna met ali". 3.
W~adomości uzupełniające
Stal w ęglowa wyżarzona podeutektoidalna składa si ę z ferry tu i · p erlitu, eutekto.idalna z samego p erlitu, nadeutektoidalna z cementytu i perlitu. Poszczególne własnoś ci mechaniczne stali eutektoidalnej i nadeutektoidalnej zależą od struktury, ~truktura zaś od zawartości węgla i obróbki cieplhej. Odróżnienia stali podeutektoidalnej od nadeutektoidalnej dokonuje .się przez obserwację ich struktur pod mikroskopem metalograficznym. Po wytrawieniu stali kwasem pikrynowym, który działa na perlit, można , pod mikroskol\em obserwować ciemne pola perlitu i jasne ferrytu lub cementytu~ Przy większym powiększeniu widać, że pola perlitu złożone są z dwóch składni ków, a w takim razie perlit jest tu mieszaniną. Chcąc odróżnić ferryt od cementytu, czyli stal podeutektoidalną od nadeutektoidalnej, należy próbkę wypolerować i wytrawić we wrzącym pikrynianie sodowym. Pikrynian sodowy wytrawia tylko ferryt, który lekko zabarwia się na szaro; cementyt jest widoczny w postaci ciemnych. plam. Jeżeli po wytrawieniu wrzącym pikrynianem sodowym ujawniają się ciemne plamy (które przed wytrawieni~m były białe), to jest to dostateczny dowód 1 że w strukturze stali występuje cementyt, czyli że jest to stal nadeutektoidalna. Vv~ stalach podeutektoidalnych wę glowych, zależnie od ilości węgla, pod mikroskopem występuje mniej lub więcej pól perlitu. Jeżeli pole widzenia w połowie jest zajęte przez ferryt, a w połowie przez perlit, to stal zawiera ok. 0,45 6/o C. Strukturę przegrzaną
poznaje się przede wszystkim po gruboziarnistości, a~ następnie po wydłużonych, ostrych ziarnach ferrytu lub cementytu (rys. IV-25 i IV-26). Jeżeli przegrzanie jest znaczne, to ziarna te tworzą igły ułożone w postaci trójkątów i czworokątów. W stalach obrobionych plastycznie uwidocznia się budowa warstwowa w kierunku obróbki. Jest ona spowodowana najczęściej zawartością tlenków żelaza, które w wysokiej tern12 -
Pracownia techniczna dla techn.
177
Rys. IV-25. Fotografia stali o za wartości 065'/o C. Struktura Widmannstattena [34]
Rys. IV-26. Fotografia stali o zawartości 1,250/o C. Struktura Wid-
mannstattena [34]
peraturze odwęglają najbliższe otoczenie. Wytworzony tlenek wę gla (jeżeli nie może przedyfundować na zewnątrz) pozostaje w postaci pęcherza gazowego, który następnie, tak jak żużle, zostaje rozwalcowany. Zjawisko
warstwowości
nie jest dopuszczalne w stalach wysokowęglowych z tego powodu, że sprzyja wytwarianiu się dużych naprężeń wewnętrznych podczas hartowania na skutek różnic rozszerzalności poszczególnych składników. Procentową zawartość węgla w stali można wyznaczyć za pomocą badań mikroskopowych w następujący sposób: W miejsce okularu mikroskopu zakłada się okular z siatką o 100 kwadracikach, przy czym obiektyw (powiększenie) należy tak dobrać, aby średnie pole perlitu zajmowało mniej więcej powierzchnię jednego kwadracika. Następnie liczy się kwadraciki, w których pola per litu zajmują wię cej niż pół powierzchni tego kwaaracika. Jeżeli liczbę ri. takich kwadracików, np. 10, pomnożymy przez 0,008, to otrzymamy pro• centową zawartość węgla w stali wg wzoru 0/o
C=n · 0,008=10 · 0,008=0,08
Po przeprowadzeniu tych zabiegów należy następnie wyznaczyć wielkość ziarna pod mikroskopem, przy czym stosowane są metody: pośrednia i bezpośrednia.
178
Metoda pośrednia-· porównawcza
' Polega ona na porównywaniu ziarn obserwowanych pod mikroskopem (przy powiększeniu 1OO X z wzorcami rysunkowymi zawartymi w PN-66/H-04507. Wzorce są oznaczone numerami od 1 do 1O (w każdej z czterech skal). Są one wykonane przy powiększeniu lOOX i obejmują pole widzenia o średnicy 0,8 mm i powierzchni 0,5 mm2 • Liczba m ziarn przypadających na 1 mm2 powierzchni wzorca wynosi •
gdzie G - numer wzorca. Porównania dokonuje się przy podaje się numer ziarna. Metody
powiększeniu
lOOX . Jako wyruk
bezpośrednie
Wśród
metod tych wyróżnia się : metodę planimetryczną, metodę powierzchni kołowej, metodę średniej średnicy. Określenie wielkości ziarna metodą planimetryczną obejmuje następuj ące czynności:
-
...
obraz mikroskopowy rzuca się na matówkę, skąd przerysowuje się go na szkicówce lub fotografuje, obrysowuje się pewną liczbę ziarn i uzyskaną powierzchnię określa liczbowo za pomocą planimetru lub skali milimetrowej (rys. IV-27),
Rys. I V-:27. Pomia r wielkości ziarna sposob em planimetrycznym [22]
-
oblicza mając
si ę liczbę
ziarn objętych tą powierzchnią, te dane oblicza się wielkość ziarna wg wzoru W =
p . 10 6 c •
K2
µm
179-i
w którym: W P -
c -
K
~
przeciętna wielkość
ziarna, powierzchnia planimetrowana, mm2 , liczba ziarn na powiexzchni P, powiększenie liniowe na matówce mikroskopu (lOOX),
106
..___ współczynnik
liczbowy
wynikający
z przelicze-
nia mm na µm2. 2
C::30
i =18
Rys. IV-28. Pomiar wielkości ziarna metodą powierzchni kołowej [22] Metodę
powierzchni kołowej realizuje się następująco: w kole o znanej powierzchni P, wykreślonym na szkicówce (rys. IV-28) lub utrwalonym na fotografii, oblicza się liczbę ziarn całych c oraz ziarn przeciętych obwodem koła i, przeciętną wielkość ziarna oblicza się wg wzoru
-
·-
W=
w którym: P c i -
n K -
Metoda
p. 106
(c I-n · i) • K. 2
p.rn
pole powierzchni kołowej, liczba ziarn całych w kole, liczba ziarn przeciętych obwodem współczynnik równy 0,65, powiększenie liniowe mikroskopu.
średniej średnicy
polega na wykonaniu
1
koła,
następujących
czynności:
-
na obrazie mikroskopowym przeniesionym z matówki lub na fotografii rysuje się prostokąt o znanym boku dłuższym (rys. IV-29),
180
wielkości metodą średniej średnicy [221
Rys. IV-29. Pomiar
-
ziarna
w prostokącie tym kreśli się linie równoległe do boku dłuż szego, liczy się liczbę ·przecięć ziarn liniami równoległymi, średnią (przeciętną) średnicę ziarna (w µm) wyznacza się wg wzoru L · a · 10 ~
S = ---c ·K
w którym: L a c K 4. Przebieg
-
-
-
-
długość
boku prostokąta w mm, hczba linii równoległych, linia przecięć ziarn, liniowe powiększenie obrazu mikroskopu.
ćwiczenia
Posiadane próbki stali przygotować do badań mikroskopowych. Próbki wytrawić 4-procentowym roztworem alkoholowym kwasu pikrynowego przez zwilżenie powierzchni kroplą odczynnika i przetrzymanie aż do lekkiego zmatowienia. Po przemyciu i wysuszeniu w strumieniu powietrza poddać próbki obserwacji mikroskopowej. Obsex;wację prowadzić najpierw przy powiększeniu ok. 1OO X, a następnie przy powiększeniu ok. 500X. Rozpoznać strukturę próbek przez porównanie otrzymanego obrazu z fotomikrografiami stali i odrysować je z zaznaczeniem widzianych składników. W razie otrzymania struktury stali wyżarzonej o dużej liczbie pól perlitycznych, a małej ilości pól ferrytycznych lub cementytowych, dla dodatkowego stwierdzenia czy próbka jest
181
ze stali podeutektoidalnej, c~y nadeutektoidalnej, naieiy prób:... kę jeszcze raz wypolerować i wytrawić we wrzącym raz.tworze· wodnym pikrynianiu sodowego. W tym celu do tygielka niklowego włożyć próbkę powierzchnią wypolerowaną do góry„ zalać ją pikrynianem i gotować w ciągu 5 minut. Następnie z.a pomocą szczypiec wyjąć próbkę, przemyć ją w strumieniu bieżącej wody, wysuszyć w strumieniu powietrza i obserwo-· wać pod mniejszym powiększeniem. Jeżeli otrzymane uprzednio białe pola zabarwiły się obecnie na ciemno, oznacz.a to, że mamy do czynienia z cementytem i stal jest nadeutektoidalna. Jeżeli pola pozostały nadal jasne, to oznacza, że mamy do czynienia z ferrytem i stal jest podeutektoidalna. - Po stwierdzeniu, że próbka jest wykonana ze stali podeute.... ktoidalnej, określić zawartość w niej węgla na podstawie procentowej zawartości perlitu w polu widzenia (czysty perlit zawiera 0,8°/o C). - Po stwierdzeniu, że próbka jest wykonana ze stali nadeutektoidalnej, określić wielkość ziarna przez porównanie z wzorcami rysunkowymi wg PN-66/H-04507 lub ze skalą numerową i obliczyć liczbę ziarn z podanego wzoru, określić również. wielkość ziarna jedną z metod bezpośrednich. - Analogicznie określić strukturę próbki ze stali ulepszonei . cieplnie. 5. Uwagi .do sprawozdania:
-
-
Podać
przebieg obserwacji mikroskopowych stali węglowych. wraz z rysunkami otrzymanych obrazów oraz opisem i wnioskami. Opisać sposób określania zawartości węgla za pomocą badań mikroskopowych w podeutektoidalnych stalach węglowych wyżarzonych (przykład).
-
Opisać
sposób
nią.
-
(przykład)
182
Zestawić
powierzchni ziarna
metodą pośred-
„
Opisać jedną
-
określania
z metod
bezpośrednich określania wielkości
i załączyć rysunki struktur.
wyniki i
podać
ewentualne wnioski.
ziarn.
Cwiczenie IV.14 OBSERWACJE STRUKTURY STALI WĘGLOWYCH PO ZGNIOOE I REKRYSTALIZACJI
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze zjawiskiem zgniotu stali oraz .obserwacje struktury stali o zawartości 0,45°/o C przed zgniotem, po zgniocie (68°/o) i po wyżarzęniu rekrystalizuj ącym.
2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny z wyposażeniem, przygotowane próbki stali do obserwacji mikroskopowej (próbka .stali o zawartości 0,4511/o C, próbka stali o zawartości 0,45°/o C po zgniocie 68°/o, próbka stali o zawartości 0,45'°/o C po wyżarze ·n iu rekrystalizującym), zdjęcie mikrostruktury stali o zawarto-ści 0,45°/o C przed zgniotem i po zgniocie oraz po wyżarzeniu rekrystalizującym.
3.
Wiadomości uzupełniające
Wyżarzanie rekrystalizujące
stosuje się do stali obrobionej na zimno przez zgniot (kucie na zimno; walcowanie na zimno - np. taśm, b1ach; przeciąganie drutu na zimno itp.). Uprzednio zgniecioną stal nagrzewa się do temperatury wyższej od temperatury rekrystalizacji, lecz poniżej Act· Przyjmuje się T .,.= 0,4 T tp dla metali czystych oraz Tr=0,6 Tip dla stopów, które są roztworami stałymi. Symbol Tr oznacza tu bezwzględną temperaturę rekrystalizacji, zaś T tp - bezwzględną temperaturę topnienia. W tabelce na str. 184 zestawiono temperatury rekrystalizacji najważniejszych metali. Stal zgniecioną wygrzewa się w temperaturze powyżej punktu rekrystalizacji, a następnie chłodzi. Przeróbka plastyczna stali na zimno powoduje jej utwardzenie. Krystaliczna budowa stali ulega zniekształceniu, a poszczególne ziarna wydłużają się. Zgniot podnosi własności wytrzymałościowe, jak twardość, wytrzymałość na rozciąganie, a obniża plastyczne, jak wydłużenie. W stalach utwardzaniu podlega głównie ferryt, zaś cementyt i wtrącenia niemetaliczne pękają. Im większy zgniot, tym odkształcenia ziarn są większe. Zgniot jest miarą obróbki plastycznej na zimno; mie-
183
Nazwa metalu Srebro Aluminium Złoto
I
Temperatura topnienia itp (w°C)
960,5
I
1063 321 1490 1083 1535 650 2620 1452 327
Kobalt Miedź
Żelazo
Magnez Molibden Nikiel
I
Ołów
Platyna Cyna
Wolfram Cynk
.
Temp eratura rekrystalizacji tr (w°C)
175 150 200 temperatura otoczenia 550 200 450 150 900 530 poniżej temperatury otoczenia 450 poniżej temperatur y otoczenia 1200 temperatura otoczenia
659
Kadm
I
I
1773 232 3370 419,4
'
rzy się go stosunkiem zmnie jszenia przekroju po obróbce _do 1prie-: kroju początkowego Z= -
gdzie: So S -
s -S
0 -- •
SO
100°/o
początkowy
przekrój materiału, przekrój materiału po odkształceniu.
Obróbka plastyczna na zimno wywołuje w stali zmiany struktur alne, które tłumaczy się istnieniem dyslokacji oraz zjawiskami występuj ącymi przy bliźniakowaniu. Naprężenia powstające przy dalszym zgniocie powodują pęknięcia · w materiale. Aby nie dopuścić do pękania, przeprowadza się wyżarzanie rekrystalizujące. Podczas wy żarzania rekrystalizującego na granicach zgniecionych ziarn powstaj ą zarodki nowych Ziarn. W temperaturze wyższej od temper atu ry rekrystalizacji danego stopu zarodki rozrastają się kosztem ziarn uprzednio zgniecionych. N.owe ziarna rosną , równocześnie zmniejsza się utwardzenie stopu, a wzrastają jego cechy plastyczności. W ten sposób zostaj ą usunięte skutki zgniotu. W przypadku stali regeneracja siatki krystalograficznej po 184
zgniocie zaczyna występować już w temperaturze 2007300°C. \Vidoczne zmiany występują w tzw. temperaturze rekrystalizacji. Zjawiska występujące przy ogrzewaniu poniżej t emperatury rekrystalizacji nazywamy nawrotem. Rozróżniamy rekrystalizację pierwotną i wtórną. Rekrystalizacja pierwotna obejmuje okres powstawania i rozrastania się ziarn kosztem ziarn zgniecionych, aż do osiągnięcia wymiarów sprzed zgniotu. Rekrystalizacja wtórna występuje przy dalszym wzroście temperatury - nowe struktury odpowiadają stanom równowagi. Wyżarzanie w temperaturze rekrystalizacji metalu nie zgniecionego nie da3e wyników. Zmiany ziarn po zgniocie i rekrystalizacji przedstawiono na rysunkach IV-30 i IV-33.
Rys. IV-30. F ot ografia struktury drutu ciągnionego na zimno [29]
4. Przebieg
-
ćwiczenia
PróbkG stali o znwnrtości 0,45°/11 C obserwować pod mikroskopem przy povriększeniu 150 X. Odrysować strukturę stali. Próbkę stali o zawartości 0,45°/o C, uprzednio zgniecioną (68°/o), obserwować pod mikroskopem. Odrysować strukturę stah zgniecionej . Próbkę stali o zawartości 0,4511/o C po wyżarzeniu rekrystalizującym obserwować pod mikroskopem. Odrysować strukturę.
-
Zestawić
wyniki obserwacji. 185
Rys. IV-31. Fotografia struktury stali o zawartości 0,080/o C: a) po zgniocie45'0/o, b) po zgniocie 450/o i rekrystalizacji w temperaturze 650°C (pow. lOOX) [29]
Rys. IV-32. Fotografia wyżarza nia rekrystalizującego niezakoń czonego stnli 50 X. Ziarna ferrytu są różnej wielkości i jakby postrzępione. Ciemne punkty wtrąceń niemetalicznych (pow. lOOX [29]
Rys. IV-33. Fotografia niezupeł nej rekrystalizacji stali 08 X .. Nierównomierny zgniot (w którym mogą być zgnioty krytyczne) wywołuje duży rozrost ziarn (29]
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
przebieg
wyżarzania rekrystalizującego.
Opisać różnice pomiędzy
186
trzema obserwowanymi próbkami
-
stali o zawartości 0,45 6/o C z podaniem rysunków struktur mikroskopowych. Określić własności wytrzymałościowe materiału po zgniocie i rekrystalizacji.
Ćwiczenie IV.15
-OBSERWACJE STRUKTURY SPOIN PRZED WVZARZANIEM I PO
1. Cel ćwiczenia: struktury spoiny i w złączu . .2.
określenie
przez
obserwację
materiału łączonego
oraz wad
WYżARZANIU
mikroskopową
występujących
Wyposażenie:
mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, odczynnik do wytrawiania (alkoholowy roztwór kwa-su azotowego), próbki różnych złączy spawanych, atlas zdjęć struktur metalograficznych. 3.
Wiadomości uzupełniające
-Obserwacje mikroskopowe struktury złączy dają możliwość oceny pewnyr::h cech spoiny oraz materiału łączonego. Do cech tych należą: procentowa zawartość węgla, przybliżone własności me·chaniczne, orientacyjne warunki spawania i szybkość chłodzenia ·spoiny, rodzaj obróbki cieplnej po spawaniu, rodzaj materiałów ·dodatkowych. Przez obserwację tę można również określić wady :złącza spawanego, takie jak: wtrącenia niemetaliczne, pęknięcia, niewłaściwe przetopienie warstw, przepalenia, gruboziarnistość
4. Przebieg
ćwiczenia
• Przygotować
próbki do badań m1kr6skopo\.Vych (szlifowanie, polerowanie i wytrawianie). Obserwować próbki złączy spawanych ze stali niskowęglowych i ustalić strukturę oraz wielkości ziarn w metalu łączonym, w spoinie i w strefie pośredniej. Obserwować próbki złączy spawanych o większej zawartości węgla i ustalić struktury oraz wielkości ziarn w metalu łą czonym, w spoinie i w strefie przejściowej. Obserwować identyczne dwie próbki złączy spawanych po wy-
-
żarzeniu.
Obserwować
próbki
złączy części żeliwnych
spawanych elek-
trodą że liwną.
5. Uwagi do sprawozdania: -
Opisać
próbki z oznaczeniem materiału, naszkicować złącze spawane. Odrysować obserwowane struktury próbek złączy spawanych, opisać je i wyciągnąć wnioski odnośnie jakości złącza.
Ćwiczenie
IV.16
OBSERWACJE STRUKTURY STALI CIEPLNOCHEMICZNEJ
WĘGLOWEJ
PO OBROBCE
zapoznanie się ze strukturą stali węglowej po nawęgleniu (oraz zabiegach cieplnych towarzyszących nawęgla niu) przez obserwację mikroskopową przygotowanych próbek stali - przed nawęglaniem oraz po nawęglaniu, hartowaniu i odpuszczeniu. I. Cel
ćwiczenia:
mikroskop metalograficzny z wyposażeniem, twardościomierz Rockwella, próbki stali węglowej przygotowane do obserwacji mikroskopowych.
2.
Wyposażenie :
188
3.
Wiadomości uzupełniające
Nawęglanie
jest zabiegiem polegającym na wzbogacaniu warstwy wierzchniej w węgiel przez wygrzewanie przedmiotu dłuższy czas w temperaturze powyżej Ac3 w ośrodku wydzielającym węgiel. Po zahartowan~u warstwa powierzchniowa osiąga twardość ok. 66 HRC. Nawęglanie jest procesem dyfuzyjnym, zachodzącym w materiale znajdującym się w stanie stałym. Warunkiem niezbędnym do zachodzenia tego zjawiska jest podgrzewanie do temperatury 850+950°C. Proces przebiega wg reakcji
2CO W procesie tym można wyodrębnić dwa stadia: 1) absorpcja, tj. pochłanianie węgla w postaci atomowej przez powierzchnię metalu, 2) dyfuzja, tj. przenikanie węgla w głąb metalu. W warstwie nawęglonej można wyróżnić trzy strefy, różne pod względem strukturalnym: - strefa nadeutektoidalna, zawierająca perlit oraz węgliki żela za, które w czasie nawęglania przechodzą w siatkę cementytu na granicy ziarn, - strefa eutektoidalna, zawierająca tylko perlit (grubość tej warstwy zależy od szybkości dyfuzji: im większa szybkość dyfuzji, tyin większa grubość strefy eutektoidalnej), -•strefa podeutektoidali;ia, zawierająca perlit ora~ ferryt, przy czvm ilość ferrytu wzrasta w kierunku rdzen ia. Najbardziej pożądan a jest struktura eutcktoida lna. Towarzyszy jej wysoka twardość po zahartowaniu i duża odporność na łusz czenie się powierzchni w przypadku powstania siatki cementytu po nawęgleniu (łuszczenie takie występuje dla struktury nadeutektoidalnc3). Rysunek IV-34 przedstawia wpływ temperatury i czasu nawęgla nia na grubość war stwy nawęglanej i jej struktur ę: Im dłuższy czas nawęglania , tym większą uzyskuje się zawartość węgla w warstwic nawęglanej i tym łagodnie jsze jest przejście między warstwą nawęglaną a rdzeniem. Przy nawęglamu w temperaturze ok. 900°C do głębokości 0,8+ 1,5 mm średnia szybkość nawęgla189
b)
a) mm~~~~~~~~~~
900°C ~5 .-
2ft
-._, "V)
a
-Q
:::;,
'
~o
q5
o
2
4
4
6
8 godzifltj
R ys. IV-34. Wykres grubości warstw po nawęgleniu w zależności od czasu: a ) w temperaturze 900° C, b ) w temperaturze 1000°c [34]
nia wynosi 0,15+0,10 mm/h. Przy długim czasie nawęglania śred nia szybkość nawęglania maleje, i to dość znacznie. W warstwie zewnętrznej zawartość węgla może dochodzić do 1,1+1,3°/o, tworząc wyraźnie zaznaczoną siatkę cementytu (rys. IV-35). Jak już wspomniano, struktura taka jest niekorzystna z uwagi na wystę pujące przy hartowaniu pęknięcia warstwy nawęglone j i skłon ności do łuszczenia się powierzchni. Przejście między poszczególnymi warstwami powinno być stopniowe, zwłaszcza przejście od warstwy perlitycznej do miękkiego rdzenia.
Rys. IV- 35. Fotografia struktury stali 20 H - widoczna siatka ce mentytu na tle perlitu [34)
190
Charakter warstwy nawęglonej zależy rówmez od składu stali. W stalach stopowych zbyt szybko lub zbyt głęboko nawęglonych cementyt występuje w warstwie zewnętrznej nie pod postacią siatki, lecz w formie igieł i kulek. W warstwie nawęglonej spotyka się również strukturę anormalną. Polega ona na tym, że w warstwie nadeutektoidalnej oprócz wolnego cementytu i perlitu występuje wolny ferryt, który tworzy skupienia otaczające siatkę cen;.entytu. Do hartowania stali ze strukturą anormalną potrzebna jest wyższa temperatura albo dłuższy czas nagrzewania> a by uzyskać rozpuszczenie się wydzieleń ferrytu i cementytu. W przeciwnym razie po hartowaniu mogą wystąpić miękkie plamy w miejscach niedostatecznie nasyconych w węgiel. Nawęglanie stosuje się do stali węglowych lub stopowych o zawartości węgla 0,0870,25•/o. Przedmioty nawęglone studzi się zazwyczaj wraz ze skrzynką poza piecem, po czym wyjmuje się je ze skrzynki i nagrzewa ponownie w celu przeprowadzenia obróbki cieplnej. Warstwa otrzymana po nawęglaniu jest stosunkowo miękka i w stalach węglo wych ma twardość 2407280 HB, zaś w stalach niskostopowych 250+350 HB. Na skutek długotrwałego nagrzewania w wysokiej temperaturze nawęglania następuje wzrost wielkości ziarna zarów:qo w warstwie nawęglanej, jak i w rdzeniu. Dalsza obróbka cieplna ma .na celu rozdrobnienie struktury rdzenia i warstwy zewnętrznej, utwardzenie warstwy nawęglonej (ponad 60 HRC) i otrzymanie rdzenia ciągliwego. Obróbka cieplna przedmiotów nawęglonych polega na wyżarzaniu normalizującym, hartowaniu i następnie niskim odpuszczeniu. Wyżarzanie normalizujące stosuje się w celu rozdrobnienia ziarna (regeneracja struktury przegrzanej). Normalizowanie przeprowadza się w temperaturze tylko nieco niższej od temperatury nawęglania, po czym chłodzi się w powietrzu. Niekiedy normalizowanie jako osobny zabieg cieplny pomija się. Hartowanie warstwy nawęglonej przeprowadza się w temperaturze powyżej Ach tj. dla stali węglowych w temperaturze 750+770°C. Chłodzenie odbywa się w oleju lub w wodzie. Końcową strukturę stanowi martenzyt drobnoiglasty. Po zahartowaniu jako zabieg końcowy stosuje się zawsze odprężenie w temperaturze 150+180°C, mają-
191
ce na celu wyehminowame napręże11 hartowniczych w warstwie nawqglonej . Czas odprqżania powinien być nie mniejszy niz 1,5-:--2 godzin. Po iym czasie otrzymuje się polepszenie własności mechanicznych Korzystną cechą nawęglania
jest fakt, że utwardzenie sięga znacznie w głąb materiału. Strefa eutektoidalna i nadeutektoidalna obej mują 60770'0/o całej warstwy nawęglonej i przechodzą stopniowo w rdzeń o małej twardości. Umożliwia to stosowanie dość głębokiego szlifowania bez obawy dotarcia do bardziej miękkich warstw materiału i zabezpiecza przed „uginaniem się" utwardzonej war s twy w czasie pracy części, w przypadku jej obciążenia . 4. Przebieg
ćwiczenia
Obserwować zgład
-
próbki stali węglowych przed nawęglaniem przy powiększeniu 50 X i odrysować strukturę. Obserwować zgład próbki stali węglowej po nawęglaniu oraz odrysować strukturę z zaznaczeniem warstw: nadeutektoidalnej , podeutektoidalnej i eutektoidalnej. Obserwować strukturę stali po hartowaniu oraz odrysować strukturę.
-
Obserwować strukturę
strukturę.
odprężaniu
oraz
odrysować
.
Zmierzyć twardość
waniu i
stali po
Rockwella próbki po
nawęglaniu,
zaharto-
odprężeniu.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Opisać Opisać
zmiany struktur stali węglowej po nawęglaniu. wpływ hartowania i odprężania na własności stali
glowej
na węglonej.
Podać twardość
towaniu i -
próbki stali
odprężeniu.
Opracować
wnioski.
węglowej
po
nawęglaniu,
wę-
zahar-
Ćwiczenie IV.17 OBSERWACJE STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWEJ W~GLOWEJ I STOPOWEJ
poznanie charakterystycznych struktur stali wę glowej narzędziowej w stanie wyżarzonym oraz po hartowaniu i odpuszczaniu, a także poznanie struktury stali szybkotnącej SW18. 1. Cel
ćwiczenia:
mikroskop metalograficzny z kompletem urzą do obserwacji, twardościomierz Brinella, twardościomierz Rockwella, trzy próbki ze stali N12 (I - po wyżaTZeniu zmięk czającym, II po hartowaniu, III - po odpuszczaniu) oraz trzy próbki ze stali SW18 (I - po wyżarzeniu zmiększającym, II po hartowaniu, III - po hartowaniu i odpuszczaniu); wszystkie próbki oszlifowane i wypolerowane oraz wytrawione (prób~i ze stali N12 - 2-procentowym alkoholowym roztworem kwasu azotowego, próbki ze stali SW18 hartowanej i odpuszczanej - 10-procentowym alkoholowym roztworem kwasu azotowego), atlas zdjęć struktur metalograficznych, normy PN-78/H-85020, PN-77/ /H-85022. 2.
Wyposażenie:
dzeń
3. Wiadomości uzupełniające
Stal węglowa narzędziowa N12 Jest stalą głęboko hartującą się, która w stanie równowagi ma strukturę perlityczno-cementytową, po zahartowaniu - martenzytyczno-cementytową, po niskim odpuszczeniu - martenzytyczno-trostytyczną. Stal szybkotnąca narzędziowa jest dostarczana w postaci go towych prętów obrobionych plastycznie i wyżarzonych zmiękczająco. Przez obróbkę plastyczną uzyskuje się rozdrobnienie węglików, co daje znaczną poprawę własności. Po obróbce plastycznej w strukturze uwidocznia się pewna smugowość:, zgodna z kierunkiem przekucia. Po zahartowaniu otrzymuje się strukturę martenzytycznq z austenitem szcząt kowym, po odpuszczeniu zaś lub wymrożeniu - rnartenzytyczną, przez co twardość wzrasta z 60+63 HRC do 63+65 HRC. Rys. IV-36 i 37 przedstawiaj4 struktury stah szybkotnącej SW18 w stanie wyżarzonym i po obróbce cieplnej. 13 -
Pracownia techniczna dla techn.
193
Rys. IV-36. Fotografia struktury stali szybkotnącej SW 18 w stanie wyżarzonym, węgliki na tle cutck toi du (34)
. '
Rys. IV-37. Fotografio. struktury stali szybkotnącej SW 18 w stanie obrobionym cieplnie: a) stal ~ahartowana - martenzyt, austenit szcząt kowy i węgliki, b) stal zahartowana i odpuzczona - martenzyt, węgliki i niewielka ilość austenitu szczątkowego (pow. 600X) [34)
4. Przebieg
ćwiczenia
Przygotować Obserwować
próbki do badań mikroskopowych. poszczególne próbki w celu ziqentyUkowania
struktur. Zmierzyć twardościomierzem Brinella twardość próbek wyża rzonych oraz - twardościomierzem Rockwella wg skali C twardości próbek hartowanych i odpuszczanych.
194
5. Uwagi do sprawozdania: -
przebieg ćwiczenia. Odrysować zaobserwowane struktury. Zestawić twardości odpowiadające poszczególnym strukturom. Opisać na podstaw ie obserwacji próbek wnioski dotyczące własności poszczególnych materiałów i ich zmian spowodowanych zmianami strukturalnymi po dokonanych zabiegach cieplnych. Krótko
opisać
Ćwiczenie IV.18 OBSERWACJE STRUKTURY STOPOW ALUMINIUM
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie si~ ze strukturą odlewniczych stopów lekkich przez obserwację pod mikroskopem uprzednio przygotowanych próbek, a także zapoznanie się z wpływem modyfikacji na wielkość ziarna i własności mechaniczne odlewu z siluminu. 2.
Wyposażenie:
3.
Wiadomości uzupełniające
mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, próbki odlewniczych stopów aluminium (stop lekki o zawartości 10°/o Cu, stop lekki o zawartości 10'0/o Mg, stop lekki o zawartości 11°/o Si nie modyfikowany, stop lekki ; zawartośCi 11°/o Si modyfikowany), modyfikator sód, odczynnik do wytrawienia, 1-procentowy roztwór wodny kwasu fluorowodorowego (odczynnik przechowywać w butelce parafinowanej), normy PN-68/H-81761, PN-68/H-88026, PN-76/H-88027, wykresy równowagi stopów podwójnych Al z Cu, Si i Mg, fotomikrografie stopów Al, atlasy.
Aluminium otrzymuje się z rudy zwanej boksytem, zawierającej 55760°/o Al20 3 . Rudę tę przetapia się na czysty tlenek glinu Ali?0 3, który następnie drogą elektrolizy rozkłada się i przerabia na metaliczne aluminium. Obróbka plastyczna Al może odbywać się w temperaturze do 500°C {w tym również w temperaturze poko-
195
jowej). Pod wpływem zgniotu Al podlega silnemu utwardzeniu i znacznie trudniej obrabia się plastycznie. Wyżarzanie aluminium zmniejsza jego twardość i przywraca obrabialność. Aluminium jest wytwarzane w dwóch postaciach: jako rafinowane oraz hutnicze. W normie PN-68/H-81761 zestawiono rodzaje, gatunki i oznaczenia Al oraz zastosowanie. Gatune k Rodzaj
znak
.
zastoso wani e
Aluminium rafinowane
Al 99,90 Al 99,85
Aluminium hutnicze
Al 99,70 Al 99,60
Kable, ta kż e do platerowania, do stopów specjalnych
Al 99,50 99,00
K able , przewody, folie. naczynia, stÓpy
Al 98,00 99,00
Stopy łożyskowe, aluminiowe, odtleniacze stali.
K ondensatory elektryczne i specjalna apa ratura chemiczna
- - - - - - - -- -- -- - - -
- - -- - - - - -- -- - --'-
---
Gatunek aluminium jest zwykle oznaczany procentową zawartoś cią czystego metalu; dopełnienie tej liczby do 100 stanowi zawartość procentową zanieczyszczeń. Największe zastosowanie ma aluminium hutnicze Al 99,5 oraz Al 99,0. Zanieczyszczeniami nieuniknionymi w aluminium są Fe i Si, które pochodzą z procesu otrzymywania aluminium. Wszystkie zanieczyszczenia obniżają przewodność elektryczną aluminium. \Vtrącenia nie rozpuszczające si~, takie jak tlenki i krzemiany, znacznie obniżają cechy plastyczne aluminium. Aluminium utwardza się przez zgniot na zimno. Aluminium można walcować z miedzią, jej stopami, stalą i stopami aluminiowymi. Walcowanie takie nosi nazwę platerowania. Stopy aluminium mają (po stalach i żeliwach) najczęstsze zastosowanie jako materiał konstrukcyjny. Wszystkie stopy aluminiowe odznaczają się lepszymi własnościami mechanicznymi niż czyste Al. Normy PN-76/ /H-88027 zawiera klasyfikację odlewniczych stopów aluminiowych, zaś norma PN-68/H-88026 - klasyfikację stopów alumi196
.
niowych przerabianych plastycznie. Odlewnicze stopy aluminiowe mają cechy AK, AG, AM. Stopy do przeróbki plastycznej mają cechę PA, co oznacza stop obrobiony plastycznie (P), aluminiowy (A). Aluminium tworzy stopy z następującymi składnikami: Cu, 'Si, Mn, Mg, Ti, Fe. Większość z tych metali tworzy z Al roztwory ograniczone. Mają one z reguły rozpuszczalność zmniejszającą się wraz ze spadkiem temperatury. Typowym układem fazowym jest układ Al - Cu o zawartości Cu do 57°/o (rys. IV-43). Rozpuszczalność Cu w Al w stanie stałym zmienia się od 5,7°/o przy temperaturze eutektycznej (548°C) do 0,5°/o w temperaturze pokojowej. Eutektyka o zawartości 33°/o Cu stanowi mieszaninę roztworu granicznego Cu i Al i fazy Al 2Cu. Znaczenie techniczne mają tylko stopy podeutektyczne, które są zbudowane z wykrystalizowanego pierwotnie roztworu oraz eutektyki. W stopach aluminiowych, w których oprócz aluminium znajduje się tylko miedź, występują po wytrawieniu odczynnikami fluorowodorowymi jasne kryształy roztworu stałego granicznego Cu w Al (a) na ciemnym tle podwójnej eutektyki rozmieszczonej na granicy ziarn. W miarę wzrostu procentowej zawartości Cu w stopach zauważa się (pod niewielkim powiększeniem) coraz większe ilości eutektyki złożonej z kryształów roztworu stałego Cu w Al (a) i roztworu stałego granicznego Al w związku Al2Cu. Odczynnik fluorowodorowy działa przede wszystkim na eutektykę, która pod dużym 'powiększeniem daje się łatwo odróżnić. Jest to typowy układ fazowy i typowa struktura wielu stopów podwójnych, np. Mg-Al, Al-Si. Aluminium tworzy z krzemem typowy układ fazowy z rozpuszczalnością ograniczoną w stanie stałym i eutektyką o zawartości 11,7!0/o Si, krzepnący w temperaturze 577°C (rys. IV-38). Zastosowanie znajdują zarówno stopy podeutektyczne i eutektyczne, jak i nadeutektyczne. Szerokie zastosowanie ma stop o składzie eutektycznym 9+13'0/o Si, t12:w. silumin. Jest to stop używany wyłącznie na odlewy. Jednakże stop ten odlany w zwykły sposób, tj. mając skład w przybliżeniu nadeutektyczny, nie krzepnie w postaci dostatecznie drobnoziarnistej. Dlatego przy odlewaniu dokonuje się specjalnego zabiegu, tj. modyfikowania go za pomocą sodu lub fluorku sodu (NaF).
197
ac
~"i '!':.....
'tJ)
[/
I I
I
I
. l JJ
"
~·. re;
5() fi)
% masy Si
I I
d.+f'
lJ 2f) JO 40
I
6fY
70 80 90
5;;,
..,
Rys . IV-38. Wykres równowagi A1-Si [32)
...:?-
""'\ "\ '
t:1Y
\
450
·--
3nr.
I
2JO 150
100
50
Rys. IV-39. Czqść wykresu i·6wnowagi Al-Mg [32]
o Al
~ I I V"C451, C•' l t 85 35.5
71,7
j
/Y
I
GS
25'-
\ ' s.q '' l+fi
\1 ·15,4.
A/V"
I
l+rJ:
a
3-::11 !lu
"".
I\.
--
w
40
~
6tJG
I
/
I :n
30
I
Sfit...
I
I/
I
Al
I I
V
fjj!j i'... o
l
V
800
(/;·
I
V
()fX)
20
I
/
1:-;.M
10
700
d.+/3
/3-
4.9 3,7 2,1
1,9
I 10
20
% masy Mg
, 41'() 30 31.'3
Mg
Silumin zawiera duże ilości Si i dlatego ten podwójny stop bez innych dodatków jest poddawany obróbce cieplnej. W stopach lekkich aluminium z krzemem, używanych przeważnie jako podeu tektyczne, występują po -wytrawieniu odczynnikiem fluorowodorowym jasne kryształy roztworu stałego granicznego krzemu 198
w aluminium na tle podwójnej eutektyki złożonej z kryształów roztworu stałego granicznego krzemu w aluminium i kryształów roztworu stałego granicznego aluminium w krzemie. Obserwowana próbka siluminu wytrawiona odczynnikiem fluorowodorowym wykazuje grube ziarna mieszaniny eutektycznej roztworów granicznych, które jednakże po modyfikacji wyraźnie maleją i w próbkach modyfikowanych widać tylko ciemne tło, na którym są ułożone jasne kryształy roztworu stałego granicznego krzemu w aluminium w postaci gałązek chorny. Stop aluminium z magnezem (rys. IV-39) po wytrawieniu odczynnikiem fluorowodorowJ:m wykazuje dendryty roztworu stałego, których środki są bogatsze w aluminium, a brzegi w magnez. Wszystkie te stopy po wytrawieniu wykazują pod mikroskopem obecność jasnych kryształów roztworu stałego bogatszego w aluminium. N a granicy tych kryształów znajdują się wydzielenia w postaci eutektyk. 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Poszczególne próbki przygotować do badań mikroskopowych drogą szlifowania i polerowania. Wytrawić próbki przez pocieranie wypolerowanych powierzchni watą zwilżoną w odczynniku fluorowodorowym aż do uzyskania lekkiego zmatowienia. Próbki przemyte wodą i wysuszone w strumieniu powietrza obserwować pod powiększeniem ok. lOOX. Wg wykresu równowagi przewidzieć, jaką strukturę będzie miała obserwowana próbka i porównać ze zdjęciami z atlasu.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
przebieg ćwiczenia. obserwowane struktury i opisać je. Opisać wnioski wynikające z ewentualnych różnic strukturalnych próbek obse.r wowanych pod mikroskopem oraz zdjęć z atlasu. Krótko
opisać
Odrysować
'
Ćwiczenie IV.19 OBSERWACJE STRUKTURY STOPOW MIEDZI
1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się ze strukturą miedzi zanieczyszczonej tlenkami oraz struk~urami stopów miedzi przez obserwację próbek pod mikroskopem.
2.
Wyposażenie:
3.
Wiadomości uzupełniające
mikroskop metalograficzny szkolny z kompletem wyposażenia, próbki miedzi i jej stopów (miedź elektrolityczna po odlaniu, miedź elektrolityczna po odlaniu zanieczyszczona tlenkami, mosiądz o zawartości 30°/o Zn po odlaniu, mosiądz o zawartości 30°/o Zn po odlaniu i wyżarzeniu, mosiądz jednofazowy po zgniocie i rekrystalizacji, brąz cynowy o zawartości 10°/o Sn po odlaniu, brąz cynowy o zawartości lO'll/o Sn po odlaniu i wyżarzeniu, brąz aluminiowy o zawartości 10°/o Al po odlaniu, brąz aluminiqwy o zawartości 10°/o Al po odlaniu i wyżarzeniu), normy stopów miedzi: PN-77/H-82120, PN-77/H-01705, PN-77/ /H-87050, wykresy stopów miedzi Cu-Zn, Cu--Sn, fotomikrografie miedzi i najczęściej stosowanych stopów miedzi.
Miedź
jest
elektryczną
materiałem,
który ze
względu
na
swą przewodność
na korozję i plastyczność ma zastosowanie techniczne jako czysty metal. Miedź jako produkt handlowy występuje w trzech rodzajach jako: hutnicza (rafinowana), elektrolityczna i beztlenowa. Zestawienie gatunków czystej miedzi wraz z ich zastosowaniem zawiera norma PN-77/H-82120. Najczęstszymi zanieczyszczeniami miedzi są O, Pb, Sb, J?i, Fe, As·, Si P. i
cieplną, odporność
Tlen utlenia miedź na Cu 20. Związek ten tworzy w temperaturze 1065°C eutektykę o zawartośc~ 0,39°/o Cu20, składającą się z kryształów miedzi i kryształów tlenku miedziowego (rys. IV-40). Tlenek miedzi w miedzi odlanej uwidocznia się na zgładach nietrawionych w postaci niebieskich wtrące11. w czerwop.o zabarwionej miedzi. Gdy ilość Cu20 jest mniejsza od 0,39°/0 1 występuje przerywana siatka Cu - , Cu20, gdy jest większa - występuje den-
200
Rys. IV -40. Fotografia struktury miedzi po. odlaniu zanieczyszczonej Cu 2 0 w ilości 19/o. J asne kr y ształy miedzi na tle eutektyki złożonej z miedzi i tlenku m ie dziowego [ 34]
drytyczne wydzielenie Cu 20 na tle eutektyki. Niebieskie tlenki miedzi zmieniają swoje zabarwienie w świetle spolaryzowanym na rubinowe. Zawartość tlenu w miedzi określa się zazwyczaj metalograficznie, przez porównanie z odpowiednimi wzorcami. Miedź
elektrolityczna po odtlenieniu i wytrawieniu odczynnikiem chromowym wykazuje przeważnie budowę gruboziarnistą, komórkową , o różnym zabarwieniu komórek, spowodowanym różnicą w orientacji kryształów. Jeżeli jednak ta sama miedz podczas topnienia bez ochrony przed dostępem powietrza ulegnie częściowe mu utlenieniu, to po odlaniu uwidocznią się w niej tlenki pod postacią ciemnych plam. Przy pewnym stopniu utlenienia struktura _miedzi po wytrawieniu odczynnikiem chromowym może składać się z jasnych okrąg łych kryształów miedzi na tle drobnej eutektyki rozłożonej jak gdyby na granicy komórek i składającej się w rzeczywistości z jasnych kryształów miedzi i ciemnych kryształów tlenku miedziowego. Jest to tzw. stop podeutektyczny. Przy większym utlenieniu mied ź może mieć strukturę stopu eutektycznego - jasne kryształy m iedzi, na których tle znajdują się drobne, ciemne kryształy tlenku miedziowego; przy jeszcze wiqkszym utlenieniu występują ciemne duże kryształy tlenku miedziowego ułożone najczęściej pod postacią gałązek choiny na kropkowanym tle eutektyki złożonej z jasnych kryształów miedzi i ciemnych kryształów tlenku miedziowego. Jest to stop nadeutektyczny. Stopy mied zi (PN-69/H-87020) ków stopowych, podzielić na:
można ,
w
zależności
od
składni
201
12001--~~-ł'-~~-+~~~+-~~-+-~~-..
~~~~:$;;;:::::~~-=+-----mil.~--i
1(){)0't-
NfJr-~~--t-~~-+~~----';=-~-=-łr-~~.=--;
6{J)t---~~-+-~~-t-~~~--~-+-+---~-' 4001--~~-ł'-~~-+~~~+-~~tt-~+--i 2fXJ1--~~-+--'-~-+~~~+-~~-+-~--+--; O'--~~-'-~~-'-~~~~~--'-'-~-'--'
Cu
10
Rys. IV-41.
20
30
%masyln
Cz ęścio wy
40
wykres r ównowagi Cu-Zn
( 32)
-
-
Mosiądze
(rys. IY-41), t j . stopy zawierające cynk jako podstawowy dodatek stopowy (oprócz stopów Cu-Zn są szeroko stosowane mosiądze wieloskładnikowe, zawierające oprócz cyn' ku również dodatki innych metali, jak cyna, żelazo, mangan, aluminium, nikiel, krzem). Brązy cynowe, tj. stopy zawierające cynę jako jedyny dodatek lub też cynę oraz cynk i olów (niekiedy także i nikiel). Fotografię struktury brązu o zawartości 10°/o Sn przedstawia rys. IV-42.
/
Rys. IV-42. Fotografia struktury brązu cynowego o zawartości io'0/o c~ po odlan iu i wytrawieniu a moniakiem. Widoczna budowa dendrytyczna (pow. lOOX) [32]
202
Rys. IV-43.
C zQś ciowy
w y kres równow agi Al-Cu [32]
bezcynowe. Do tej grupy należą brązy krzem owe, aluminiowe (w stosowan iu wypierają brązy cynowe) - rys. IV- 43. - Brązy manganowe o zawartości 5720{1/o Mn. - Brązy ołowiowe (stopy łożyskowe). - Stopy miedzi z niklem (miedzionikle). Wszystkie mosiądze po odlaniu mają budow ę de ndrytyczną, ale ze względu na mały zakres temperatury krzepn ięcia można je łat wo ujednorodnić przez wyżarzanie. Mosiądz o zawartości 30°/o Zn po zgniocie i wyżarzeniu ma budowę komórkową roztworu stałego. Mosiądz o za wartości 40°/o Zn ma strukturę złożoną z dwu roztworów stałych granicznych. Kryształy roztworu stałego a powstaj ą z kryształów. pp przejściu związku Cu-Zn przemiany alotropowej w temperaturze 455°C. Odczynnik chromowy działa na roztwór {J, który uwidocznia się; pod postacią czerwonych, zaokrąglonych pól na jasnym polu kry-· ształów roztworu. lvfosiądze są dobrze obrabialne plastycznie nal zimno. Najlepiej obrabia si ę plastycznie mosiądz CuZn32 (M68)'. Aby usunąć skutki zgniotu, mosiądze przerobione plastycznie na zimno należy wyżarzyć rekrystalizująca w temperaturze 5007 7650°C. Brązy cynowe (rys. IV-44) brązy techniczne mają po odlaniu budowę dendrytyczną, przy czym ze względu na duży zakres temperatury krzepnięcia (różnica między temperaturą likwidusu i solidusu wynosi 1007150°C) budowa ta jest trudna do zniszczenia przez samo wyżarzanie i w celu szybkiego ujednorodnienia -
Brązy
20-3
Rys. IV -44. Częściowy wykres równowagi Cu-Sn [32]
. a+!5
5
10
15
% masy Si
20
25
Si
stop poddaje się jednocześnie obróbce plastycznej i wyżarzaniu. Po ujednoliceniu brązy o zawartości 7-7-10'°/o Sn mają budowę jednorodną roztworu stałego. Brązy
aluminiowe o
zawartości .
dowę dendrytyczną, którą
5-7-10°/o Al po odlaniu mają bułatwo można usunąć przez wyżarzanie
.ujednorodniające . 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Pró'bki przewidziane do obserwacji pod mikroskopem oszlifować oraz wypolerować wg wskazówek podanych uprzednio. Wytrawić próbki odczynnikiem chromowym przez zwilżenie powierzchni kroplą odczynnika aż do lekkiego zmatowienia, a następnie przemyć w strumieniu wody i wysuszyć w powietrzu. Obserwować pod mikroskopem przy powiększeniach: 100+ -7-200Xdla miedzi i mosiądzu oraz 400-7-600X dl.a brązów. Przewidzieć struktury na podstawie układów równowagi, obserwować próbki pod mikroskopem i porównać z fotografiami.
204
5. Uwagi d.o sprawozdania:
-
Opisać
krótko przebieg ćwiczenia. Odrysować obserwowane struktury i opisać je. Porównać rysunki struktur ze zdjęciami i opracować wnioski.
Ćwiczenie IV.20 OBSERWACJE STRUKTUR STOPOW ŁOżVSKOWVCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze strukturami stopów łożysko
wych przez wych.
obserwację
wytrawionych
zgładów
stopów
łożysko
2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, odczynniki do trawienia {chromowy chlorek żelaza, 2-procentowy roztwór alkoholowy HN0 3), próbki badań - I babbit - SnSbll Cu6 (Ł83), II - babbit - PbSn6 Sb12 Cu2 (Ł6) III - stop kolejowy - Pb Cal Na (ŁCa), IV - braz cynowa-ołowiowy Cu SnlO PblO (B1010), normy PN-71/H-87111, PN-77/H-87050, PN-70/H-87026. 3.
Wiadomości uzupełniające
Struktura stopu Ł83 składa się z miękkiej, plastycznej osnowy roztworu stałego antymonu w cynie. W osnowie tej występują twarde, odporne na ścieranie, wydzielenia faz międzymetalicz nych Sn Sb w postaci trójkątów oraz czworoboków (w zależności od przecięcia kryształów o kształcie sześcianów), a także fazy Cu Sn, występujące w postaci igieł. Struktura stopu Ł6 składa się z osnowy, która jest potrójną eutektyką Pb-Sn-Sb, oraz rozmieszczonych w tej osnowie regularnego kształtu wydzieleń fazy Sn-Sb i igieł Cu Sb. Stopy utwardzone, jak ŁCa, mhją strukturę, w której z miękkiej osnowy ołowiowej wydzielają się kryształy N a oraz międzykry-
205
Pb 3 Ca. Struktury łożyskowych br ązów cynowo-ołowiowych charakteryzują się tym, że w roztworze stałym Sn w Cu znajdują się wolne wtrącenia ołowiu. Rysunek IV-45 przedstawia strukturę stopu łożyskowęgo zawieraj ącego 80°/o Sn i 20<0/o Sb.
stalicznc
związki
Rys. IV- 45. Fotografia struktury stopu łożyskowego o zawartości 30'0/o Sn i 200/o Sb, wolno studzonego w tyglu. Jasne kryształy związku Sn-Sb na ciemnym tle roztworu stałego granicznego antymonu w cynie [34)
4. Przebieg
-
ćwiczenia
Przygotować
próbki do obserwacji mikroskopowej. Próbki I, II i III trawić odczynnikiem chromowym. Próbkę IV obserwować najpierw po wypolero waniu (można już dostrzec wtrącenia ołowiowe), a następnie i tę próbkę wytrawić i poddać obserwacji (wtrącenia ołowiowe po wytrawieniu 1
są wyraźniejsze). Porównać
ze
obrazy poszczególnych próbek z opisami z p . -3 oraz
zdjęciami.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Opisać
krótko przeb1eg ćwiczeni a . Narysować zaobserwowane struktury. Opisać własne wnioski.
Ćwiczeni~ IV.21 EKSPERTYZA METALOGRAFICZNA STALI I ŻELI A
OKRESLENIE WAD
WEWNĘTRZNYCH
enia: zapoznanie się z metodami określania wad wewnętrznycll stali i żeliwa oraz ich wpływem na zniszczenie łożyska. I I 1. Cel
ćwic
l
•
2. Wyposażenie: zniszczone łożysko baryłkowe, twardościomie rz Rockwella, komplet wyposażenia do przeprowadzenia badań makroskopowyG:h, mikroskop metalograficzny. · • 3.
Wiadomości uzupełniające
Uszkodzenia części maszyn i urządzeń wywołane są najczęscieJ wadami wewnętrznymi i powierzchniowymi części, powstałymi podczas procesów technologiczny.e h lub już w .czasie pracy wyroou. W celu wyjaśnienia przyczyny powstania uszkodzenia trzeba przeprowadzić szereg badań metalograficznych. Do takich bada11. zaliczamy: - badania chemiczne (określanie procentowej zawartości skład ników stopowych), - badania mechaniczne (określanie własności wytrzymałościowych, jak np. Rm i Re). - badanie metalograficzne (określenie struktury stopu), - badania defektoskopowe (wykrywanie wad wewnętrznych). Przyczyną nieodpowiednich własności wyrobów lub półwyrobów stalowych są niekiedy wady pochodzenia hutniczego (wynikające z nieprawidłowości procesu stalowniczego, obróbki plastycznej, walcowania, kucia). Do wad pochodzących z procesu stalowniczego należą wtrącenia obcego materiału oraz anormalność struktury stali. Podczas obróbki plastycznej najczęstszymi wadami są zawalcowania, zakucia, skupienia węglików w stalach ledeburyty cznych oraz pasmowość struktury. Wtrącenia obcych faz różnią się od metalu zasad:nicz ego składem chemicznym i własnościami. Wtrącenia te mogą pochodzić z nierozpuszczonych żelazostopów lub przedmiotów me207
dostały się
ciekłej
wtrą
talowych, które do stali. Mikrostrukt4ra cenia obcego metalu różni się zasadniczo od metalu po1stawowego; ich odróżnienie nie stwarza większych trudności. Anormalność
strukutry stali obserwuje się w stalach adeutektoidalnych; polega ona na występowaniu wolnych sku ień ferrytu i cementytu zamiast właściwej dla stali nedeutektoid lnej struktury składającej się z perlitu i cementytu drugorzę owego. Zawalcowania i zakucia są spowodowane zawinięciem ub wtłocze niem metalu przy obróbce plastycznej na gorąco. W przypadku· zawalcowania na wytrawionym zgładzie uwidocznia się odwęgle nie otaczające po obu stronach zawalcowania warstwę tlenków. Przyczyną tego rodzaju wady mogą być pęcherze podskórne we wlewku, zadrapania, przekręcenia pręta w przekroju podczas walcowania itp. Pasmowość struktury uwidocznia się charakterystycznym ułożeniem składników strukturalnych stali. Przyczyną tej wady może być skupienie wtrąceń niemetalicznych, niska temperatura obróbki plastycznej itp. Do wykrywania poszczególnych składników stopowych, których obecność ujemnie wpływa na własności mechaniczne, stosuje się niżej opisane sposoby wykrywania zanieczyszczeń. 1Vykrywanie zanieczyszczeii
siarką
Odcinki próbne pobiera się z całego przekroju lub Jego ezęsc1 w kierunku równoległym lub prostopadłym do kierunku obróbki plastycznej. Po uprzednim przygotowaniu próbki przeprowadza się próbę Baumanna na papierze światłoczułym. Wydziel ający się siarkowodór reaguje z papierem bromosrebrowym, powodując powstanie na papierze zaciemnień siarczku srebra, wielkością i kształ- . tern odpowiadających skupieniom siarczków w st.ali. Tą próbą można tylko okreslić rozłożenie siarc'Zków w badanym material e. Ze sposobu rozmieszczenia zanieczyszczeń (powinny one być rozłożone na powierzchni równomiernie) można ·wnioskować o poprzedniej obróbce plastycznej materiału. Na przykład w stalach długotrwale wygrzewanych występuje wzrost zawartości siarki (jest to spowodowane procesem dyfuzyjnym czynnika nagrzewającego, np. koksu) . Próba Baumanna umożliwia również wykrywanie jam usadowych i pęcherzy fosforu w stalach (ujawniają
208
się
one występowaniem skupieniom fosforków) .
jasnożółtych
punktów
odpowiadających
Wykrywanie rozmieszczenia zanieczyszczeń fosforem Do wykrywania rozmieszczenia fosforu w stalach używa się odczynników 'miedziowych Anczyca i Heyna. Odczynniki Anczyca i Heyna działają elektrolitycznie, przy czym żelazo ulega rozpuszczeniu, a miedź osadzn się na powierzchni zgładu. Po wytrawieniu w miejscach bogatych w fosfor i węgiel tworzą się widoczne zaciemnienia. Próba Próba
przełomu
próbki (ulepszonej cieplnie) . przełomu umożliwia ujawnienie wad materiałowych, jak pozostałości jamy usadowej, pęknięcia wewnętrzne, pasma, segregacje składników, wtrącenia niemetaliczne i pęcherze. Próbę przełomu ulepszonego cieplnie &tosuje się do badań półwyrobów ze stali stopowej . W próbce wyciętej prostopadle do kierunku obróbki plastycznej nacina się karb, a następnie hartuje się ją. Wtrą cenia niemetaliczne występują pod postacią wtrąceń o srebrzystym połysku, podczas gdy powier zchnia przełomu ma zabarwienie matowo szare. Segregacje składników występują jako pasma róż nej szerokości o jaśniejszym zabarwieniu. Materiały przegrzane wykazują przełom krupkowaty (kaszkowaty) zamiast włókniste go. Ujawnienie struktury pierwoinej Aby wykryć, czy dana część wykonana była metodą obróbki plastycznej czy też jako lana ze staliwa, wytrawiamy zgład odczynnikiem Oberhoffera. Jeżeli pojawi się struktura dendrytyczna lub globulityczna, to dana część jest odlewem. W materiale przer obionym plastycznie ujawnia się struktura pasmowa. Określenie skłonności
stali do starzenia Stale niskowęglowe mają skłonność do star zenia, co powoduje ich kruchość i pęknięcia wewnętrzne. Może wówczas nastąpić wydzielanie się z ferrytu cementytu trzeciorzęd owego oraz ażot ków. Proces ten może być przyspieszony pr zez zgniot, tj. obróbkę plas14 - Pracownia techniczna dla techn.
209
na zimno w temperaturze poniżej zakresu temperatury rekrystali zacji. Stale mające skłonności do starzenia wykazują na wytrawionym zgładzie „linie poślizgów" , w postaci ciemnych pasemek klinowo wnikających w głąb materiału i przecinających się pod kątem ok. 45°. Stale, które nie mają skłonności do starzenia, nie wykazują po wytrawieniu „linii poślizgów". Linie poślizgów mog ą również wystąpić w częściach materiału, który pracował pod obciążen iem , np. w kotłach ciśnieniowych, częściach obciążo nych itp.
tyczną
W celu zbadania skłonności stali do starzenia pobraną próbkę odkształca się plastycznie powyżej granicy plastyczności - przez ściskanie lub rozciąganie, po czym poddaje się ją przyspieszonemu starzeniu w temperaturze ok. 300°C. Następnie próbkę wytrawia się odczynnikiem „Fry-makro'' i obserwuje, czy wystąpią na zgładzie linie poślizgów.
Badania złączy spawanych Badania złączy spawanych mają na celu ujawnienie wad w spoinie i strefie wpływu cieplnego. Najczęstszymi wadami złąćzy spawanych są: pęknięcia spawalnicze, zażużlenia spoiny, przegrzanie, brak przetopu, pęcherze wewnątrz spoin. Wady te można wykryć i zlokalizować przez głębokie wytrawianie złącza spawanego. Określenie wielkości
ziarna na przełomie wg skali Jernkontoreta Po odpowiednim przygotowaniu próbki określa się: wielkość ziarna na przełomie wg skali J ernkontoreta, głębokość warstwy zahartowanej oraz liczbę pęknięć na przełomie. Zapis obserwacji jest następujący: w liczniku podaje się wielkość ziarna w warstwie zahartowanej wyznaczonej wg skali Jernkontoreta, w mianowniku zaś - głębokość warstwy zahartowanej w mm; dalej wypisuje się liczbę pęknięć na przełomie. Np. zapis 6/ 3 5P oznacza: 6 -
3 SP -
210
wielkość
ziarna wg skali Jernkontoreta, warstwy zahartowanej w mm, pęknięć na przełomie.
głębokość pięć
chemicznego Do określania składu chemicznego metalu stosuje się: analizę chemiczną - jakościową i ilościową - i analizę spektralną. W praktyce warsztatowej można stosować próbę iskrową stali, umo żli wiającą przybliżoną ocenę składu chemicznego. W próbie tej zawartość węgla i innych składników stali określa się orientacyjnie na podstawie intensywności, kształtu i barwy iskier, które porównuje się z wynikami otrzymanymi przy próbie iskrowej wzorców. Określ enie składu
4. Przebieg
ćwiczenia
Zapoznać się
z eksponatami części łożyska baryłkowego. Opisać zniszczone łożysko z wyszczególnieniem wad, które wystę pują na pierścieniach i baryłkach. Podać średnic~ wewnętrzną łożyska. Podać dokładne rozmieszczenie występujących uszkodzeń.
-
Przeprowadzić
badania makroskopowe baryłek i pierścieni w miejscach uszkodzonych. Przeprowadzić badania makroskopowe struktur baryłek i pieTścieni oraz określić wtrącenia niemetaliczne i strukturę tych części.
Przeprowadzić próbę twardości
-
Rockwella, a wyniki porównać z danymi wg normy określającej twardość tego rodzaju łożys ka. Przeanalizować wyniki, określić materiał badanych części ło żyska, podać znak oraz oznaczenie wg PN-53/H-84041, określić powód zniszczenia łożyska, określić wady wewnętrzne materiału i inne uwagi.
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać własne
badanie uszkodzonego Załączyć szkic wykrytych wad. Zestawić wyniki badań. Ustalić wnioski.
łożyska.
211
Ćwiczenie
IV.22
EKSPERTYZA METALOGRAFICZNA - OKRESLENIE WlASNOSCI STAU ZALEźNYCH OD BUDOWY WEWNĘTRZNEJ
1. Cel ności
2.
ćwiczenia:
zapoznanie mechaniczne stali.
się
z
wpływem
struktury na
włas
Wyposażenie:
mikroskop metalograficzny wraz z kompletnym wyposażeniem, twardościomierz Brinella, próbki stali (próbka I o ustalonym składzie chemicznym i określonej strukturze oraz próbka II o tym samym składzie chemicznym i odmiennej strukturze), zdjęcia struktur, atlas, próbki żeliwa z żeliwa szarego zwykłego modyfikowanego oraz sferoidalnego. 3.
Wiadomości uzupełniające
Struktury i
własności
stali Odpowiednią, stosowną do przeznaczenia wyrobów strukturę stali osiąga się jako wynik odpowiedniego składu chemicznego, obróbki cieplnej, ewentualnie obróbki plastycznej na zimn.o. Wpływ na własności stali mają przede wszystkim dwa czynnik.i: rodzaj struktury i wielkość ziarna.
Wiadomo powszechnie, że głównie drobnoziarnistość struktury stali wpływa na polepszenie jej własności mechanicznych. Struktury dendrytyczne, globulityczne, występujące w stali lub staliwie w stanie surowym bądź po niewłaściwej obróbce cieplnej (przegrzanie), charakteryzują duże wymiary ziarn. Struktury te wykazują mniejszą wytrzymałość oraz gorsze własności mechaniczne w porównaniu ze strukturą drobnoziarnistą. Dopiero przez odpowiednią obróbkę cieplną: jedno- lub dwukrotne normalizowanie można otrzymać strukturę drobnoziarnistą lub siatkową o drobnym ziarnie i wymaganych własnościach mechanicznych. Własności
mechaniczne, a głównie wytrzymałość, zależą również od ilości perlitu w strukturze stali. Składniki stopowe powodują przesunięcie punktu eutektoidalnego w stronę niższych zawartości węgla, a co za tym idzie zwiększają ilość perlitu w strukturze. Ważny wpływ na zawartość perlitu ma też szybkość chłodzenia
212
po wyżarzaniu . Stal chłodzona szybko ma zwiększoną ilość perlitu i odpowiednio wyższą wytrzymałość w porównaniu ze stalą o identycznym składzie chemicznym, ale ostudzoną powoli. Podobne własności maj ą stale o strukturze ferrytycznej. Przy wolnym chłodzeniu stale• eutektoidalne wykazują duże ziarno o budowie grubopłytkowej. Zwiększenie szybkośei chłodzenia nadaje stali drobnoziarnistość, co powoduje poprawę własności mechanicznych. Podczas pobierania próbek do badania należy pamię tać o tym, że wytrzymałość i własności plastyczne zależne są również od kierunku pobrania próbek. Najlepsze własności wykazują próbki pobrane równolegle do kierunku walcowania. Kie- · runek ·w alcowania można stwierdzić obserwując przebieg pasemek w strukturze (teksturę) .
Struktura i włas ności żeliwa Podstawowym składnikiem decydującym o własności żeliwa jest węgiel, występujący w stanie wolnym lub jako cementyt. Cementyt jest bardzo twardym i kruchym składnikiem, zatem żeliwo, które zawiera dużo cementytu, jest również bardzo twarde i kruche. Ma ono przełom srebrzysty i dlatego nazwano je żeliwem białym. StTuktura żeliwa białego powstaje podczas chłodzenia szybkiego. Grafit występuje w żeliwie zwykle w postaci płatków, stanowiących nieciągłości metaliczne. Ze wzrostem ilości i wielkości płatków grafitu obniża się wytrzymałość żeliwa, a wzrasta jego kruchość. Żeliwo zawierające grafit ma przełom szary i nazwano je żeliwem szarym. Istotny wpływ na wystąpienie w żeli wie węgla w postaci grafitu ma krzem. Drugim takim czynnikiem jest szybkość chłodzenia. N a podstawie wykresu (tys. IV-46) moż na w przybliżeniu określić strukturę żeliwa, przyjmując zawartość procentową węgla i krzemu jako funkcję grubości ścianki odlewu. 4. Przebieg -
ćwiczenia
Zmierzyć twardość
próbki stalowej o określonej mikrostrukturze i składzie chemicznym. Zmierzyć twardość próbki stalowej o innej mikrostrukturze, lecz o tym samym składzie chemicznym.
213
2
4
Zawartotć Jruemu
%
Rys. IV-46. Wykres zależności struktury wa od zawartości 0 /o C i Si [28]
żeli
Określić wie lkość
ziarna próbek I i II oraz porównać wyniki. Porównać struktury próbek z żeliwa szarego zwykłego modyfikowanego i sieroidalnego. Zbada ć twa rd ość wszystkich trzech próbek. Zestawić i porównać wyniki.
-
5. Uwagi do sprawozdania: Naszkicować
poszczególne mikrostruktury. mechaniczne badanych próbek stali węglo-.. wych i żeliw szarych na podstawie ich struktury oraz twarOpisać własności dości.
Wyniki Pytania -
-
zestawić
w tabelkach.
sprawdzające
Jak przebiega przygotowanie pr óbki d-0 badań makroskopowych?· Jak przebiega przygotowanie próbki do badań mikroskopowych? Jakie odczynniki stosuje się do trawienia próbek do badań mikrosko-. powych, a jakie do makroskopowych? Jak wykrywa się rozmieszcz€Ilia zanieczyszczeń siarką i fosforem w stopach żelaz.a z węglem? Jakie znaczenie ma określenie struktury pierwotnej? Jak określa się wielkość ziarn na przełomie? Jaki jest cel s tosowania głębokiego trawienia i jak ono przebiega? Z jakich zespołów składa się mikroskop metalograficzny i jakie jest : jego działanie?
214
-
-
-
Od czego zależy uzyskanie powic:kszcnia w mikroskopie? Jak obsługu je się mikroskop? Jakie stosuje siQ metody wykrywania wti ąceń niemetalicznych? Jakie są odmiany zniszczeń korozyjnych? Jak siQ je wykrywa? Jak na podstawie struktury ckreślić zawartość wc:gla w stali? Jakie możemy obserwować pod mikroskopem struktury wyżarzonych stali węglowych i staliwa? Jak odróżnia się pod mikroskopem struktury żeliwa: zwykłego, modyfikowanego, sferoidalnego? Jak określa siQ rozmiary ziarn struktury mikroskopowej? Jak na strukturze mikroskopowej objawia się zjawisko zgniotu i rekrystalizacji? Jak przedstawia siG struktura spoiny i strefy przejściowej'? Jakie strefy odróżnia się przy nawQglaniu stali i po jej obróbce cieplnej? Jakie struktury obserwuje się w stalach narzędziowych węglowych i stopowych? Jak przebiega badanie mikroskopowe stopów aluminium? Jak przebiega badani-e mikroskopowe stopów miedzi? Omówić struktury stop ów łożyskowych. Omówić sposoby określania wad wyrobów stalowych, staliwnych i żeliwnych. Omów.ić wpływ budowy wewnętrznej metalu na konkretne własności mechaniczne.
'
Rozdział
V
ĆWICZENIA
WIAOOMOSCI
Z OBROBKI CIEPLNEJ
.
WSTĘPNE
Własności użytkowe
przedmiotów zależą od rodzaju tworzyw, z których są wykonane, oraz od rodzaju obróbek, jakim są poddawane. Do najważniejszych rodzajów obróbki należy obróbka cieplna. Przez obróbkę cieplną rozumiemy poddawanie materiału procesom ogrzewania, wygrzewania oraz chłodzenia. Chłodzenie prowadzi się zazwyczaj do uzyskania przez materiał temperatury otoczenia. Czasem stosuje się, gdy rodzaj danej obróbki cieplnej tego wymaga, oziębianie do temperatury poniżej 0°C, w której materiał przetrzymuje się przez pewien okres czasu (wymraża nie). Wszystkie rodzaj e obróbek cieplnych można przedstawić na wykresie (rys. V-1), przy czym: 1 - ogrzewanie, 2 - wygrzewanie, 3 - studzenie, 4 - chłodzenie, 5 - wymrażanie (obróbka podzerowa). Ogrzewanie i chłodzenie może odbywać się w sposób ciągły lub z przystankami w temperaturach pośrednich. Bardzo ważna jest również szybkość ogrzewania oraz (szczególnie) szybkość chłodze nia po wygrzaniu. W obróbce cieplneJ do pomiarów temperatury stosuje się przeważnie termoelementy. Ponieważ wskazują one różnicę między tzw. gorącymi i zjmnymi końcamj, więc dla zapewnienia dokład ności pomiaru trzeba dobrze skompensować wpływ temperatury na zimne końce, stosując puszki kompensacyjne stanowiące wy216
Rys. V-1. Ogólny przebieg t emperatury w czasie obr óbki ciepl ne j
2
3
o
Czas
5 posażeni'e
termoelementu. Do wszystkich ówiczeó szkolnych wystnrcz".l dwa rodzaJe termoelementów: Pt-Pt/Rh oraz Ni-Ni/Cr. W czasie obróbki cieplnej duży wpływ na powierzchnię przedmiotu wywiera atmosfera urządzenia grzewczego, dlatego należy pamię tać o eliminowaniu jej niepożądanego wpływu. W pracowniach szkolnych nie zaleca się stosowania pieców kąpielowych ze względów bhp. Przy użytkowaniu pieców elektrycznych oporowych z grzejnikami silitowymi trzeba pami ętać o bardzo dużej kruchości silitów. \V czasie chłodzenia należy pamiętać, aby zanurzając przedmioty w kąpielach chłodzą~ych ustawiać ich oś prostopadle do powierzchni cieczy, przy czym w pierwszej kolejności zanurza się grubsze ich końce . Przedmioty z wyżłobieniam i lepiej jest polewać strumieniem cieczy chłodzącej, tak jednak, .aby ciecz nie rozpryskiwała się, lecz polewała przedmiot. Należy również zwracać uwagę, aby najlepiej były chłodzone powierzchnie robocze. Miejsce, które należy uchronić od wpływu chłodzenia, izoluje się materiałami zabezpieczającymi, jak azbestem, gliną lub specjalnymi pastami. Nieraz w celu zapobi e żenia odksz.tałceniom chłodzi się przedmioty zamocowane uprzednio w odpowiednich przyrządach . Po każde j obróbce cieplnej przedmiot powinien być poddany kontroli k5'Ztał tu, wymiarów, własności oraz badaniu defektoskopowemu w celu stwierdzenia, czy nie powstały w nim wady wewnętrzne. Podczas wygrzewania zbyt długotrwałego, a szczególnie w -zbyt wysokiej temperaturze, może nastąpić bardzo niekorzystny, nadmierny rozrost ziarn, któremu w stali często towarzyszy powsta;
217
wanie struktury Widmanstattana o bardzo złych własnościach mechanicznych; w atmosferze powietrza mogą powstać na granicach ziarn tlenki, czyli przepalenia. Po przegrzaniu strukturę można poprawić przez wyżarzanie normalizujące. Z zagadnieniem tym łączy się problem skłonności tworzywa (np. stali węglowej) do gruboziarnistości lub drobnoziarnistości. Skłonność
stali do drobnoziarnistości tłumaczy teoria przeszkód„ której przy wytopie niektóre dodane składniki, jak wanad, aluminium, tytan lub J.nne, rozpuszczają się w ciekłej stali) a następnie z tlenem i azotem tworzą tlenki i azotki. Związki te w czasie krzepnięcia tworzą na granicach ziarn fazy utrudniają ce rozrost kryształów· (napięcie powierzchniowe). Po przkroczeniu pewnej temperatury fazy te ulegają rozpuszczeniu. Przy dalszym grzaniu ziarna takiej stali zaczynają rosnąć i to jeszcze szybciej niż ziarna stali o skłonnościach do gruboziarnistości (krzywa 2 na rys. V-2). Stale o skłonnościach do gruboziarnistości są mniej wrażliwe na przegrzanie. Zmiany wielkości ziarn przy podgrzewaniu i chłodzeniu stali perlitycznej przedstawia rys. V-3. Wielkość ziarn perlitu jest po ochłodzeniu, jak widzimy, w przybliżeniu taka sarna jak wielkość ziarn austenitu. według
t
Rys. V-2. Rozrost ziarn temperatura, µ - wielkość ziarna„ krzywa dla stali o sktonności d t> gruboziarnistości, 2 krzywa dla stali o skłonności 40 drobnoziarnistości t -
1
-
Wielkość
ziarn określa się najczęściej przez porównanie z wzorcami (por. ćwiczenie IV.13).
Przed przystąpienitrn do ćwiczeń należy powtórzyć wiadomości o wszystkich strukturach stopów żeliwa i węgla i to zarównO' w stanie równowagi, a więc z wykresu Fe - Fe 3 C, jak i z wyk.re1
~
Chtodzenie
t
ml
Austenit
Chtodzenie
li
&_--f----------------
9
Perlit
Rys. V-3. Zmiana wielkości ziarn przy 'ogrzewaniu i chłodzeniu
.su ,,ctp" dla stali podeutektoidalnych (rys. V-4), eutektoidalnych oraz naqeutekioidalnych. Przy coraz niższej temperaturze przechłodzenia w wyniku rozkła du austenitu otrzymuje się mieszaninę ferrytu i cementytu drugorzędowego o coraz drobniejszym ziarnje, co na zewnątrz objawia się coraz większą twardością. Jest to zasadnicza różnica , między strukturami perlitu i perlitu drobnego. Bainit jest jakby strukturą pośrednią. Przemiana martenzytyczna występująca po .szybkim chłodzeniu austenitu jest wynikiem faktu, że rozpuszczony cementyt nie zdążył się wydzielić (mimo, że w czasie obniża -nia temperatury zachodzi przemiana alotropowa żęlaza r w żela .za a). W konsekwencji uzyskuje się prz.esycony róztwór stały węgla w żelazie, zwany martenzytem. Jest to charakterystyczna .struktura stali po hartowaniu. Wygrzewanie też może mieć wpływ na jakość struktury końco wej, a więc i na włas~ości stopu. Np. przy wyżarzaniu zmiękcza jącym, na skutek wygrzewania wahadłowego w okolicach temperatury A 1 , uzyskuje si.ę sferoidyzację cementytu (przemianę ce... mentytu płytkowego - pasemkowego w kulkowy) w osnowie ferrytycznej . W efekcie otrzymuje się perlit kulkowy; jest to 219
Struktura
OC
i
~
twardosć
HB
\
~
--.;::;
Perlit 180 Pertlt drobny 250
60
~
~
'i:.
400
500
~ ł:> '-
Bainit 500
""ft 40i
~
Martenzyt fi50
1
10
Czas
100
1000 10000 .sekund
Rys. V-4. Przemiany struktury stali węglowej (o zawartości 0,50/o C) w zależności od temperatury i czasu [34]
struktura, której towarzyszy gatunku stali.
najmniejs~a twardość
dla danego
Przy obróbce plastycznej na zimno występuje, jak wiadomo, zjawisko zgniotu, które jest połączone z deformacją ziarn. Powstała struktura daje w konsekwencji materiał wzmocniony, lecz o znacznie zwiększonej kruchości. Pod wpływem wyżarzania rekrystalizującego można uzyskać własności zbliżone do wyjściowych, przy czym w zależności od ~emperatury ogrzewania występują takie zjawiska, jak: zdrowienie, poligonizacja, rekrystalizacja i rozrost ziarna. Temperaturę rekrystalizacji można wyliczyć w przybliże niu z wzoru Boczwara Tr=0,4 Ttv dla metali czystych, . Tr= 0,6 Tt p - dla stopów, które są roztworami, przy czym: Tr - bezwzględna temperatura rekrystalizaćji, T tp bezwzględna temperatura topnienia metalu lub stopu.
220
Utwardzanie stopu może odbywać się drogq hartowania połączo nego z przemianą alotropową w czasie chłodzenia lub bez przemiany alotropowej, w oparciu tylko o zmiany fazowe. Ten ostatni sposób utwardzania nosi nazwę utwardzania dyspersyjnego i skła da się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Utwardzanie dyspersyjne stosuje się do niektórych stopów miedzi (np. brą zów berylowych), stopów Al, Mg. Przesycanie polega na ogrzewaniu stopu do temperatury, w której niektóre składniki przechodzą do roztworu, i następnym szybkim chłodzeniu. Wskutek szybkiego ochłodzenia roztworu składnik przesycający nie nadąża siG wydzielać, roztwór znajduje się więc w stanie niezgodnym ze stanem równowagi - w stanie nietrwałym. Po pewnym czasie z roztworu zaczyna się wydzielać faza składnika przesycającego w postaci drobnych kryształów, które zaklinowują się w płasz czyznach łatwego poślizgu. Wskutek tego materiał staje się bardziej zwarty; przy wciskaniu weń wgłębnika stawia zwiększony opór, ma więc podwyższoną twardość. Zjawisko samoistnego wydzielania się składnika przesycającego nosi nazwę starzenia naturalnego i trwa długo. Proces starzenia można przyspieszyć, stosując ogrzewanie do pewnej temperatury, przy której rozdrobnienie wydzielonych kryształów jest największe (objawia się to największą twardością i wytrzymałością rys. V-5). Cz~sto twardość uzyskana w wyniku hartowania jest niewystarczająca; w takich przypadkach stosuje się wymra żanie i kilkaI Dijspersja I IpqdkrljtIJCZ.ndI
Dl)spersja
na dkrytyczna
r
"~
I
.· I
I I
HB
I
starzenie
! Odpuszczanie I
I .t::l , t:J 5ii' c:: ~ ,~
~, ~
<')
Rys. V-5. Utwardzenie dyspersyjne [34]
~
~I~
Temperatura
221
.
krotne odpuszczanie. vV czasie tych zabiegów następuje rozłożenie austenitu szczątkowego. Austenit szczątkowy występuje np. w stali szybkotnące j, po jej krótkim ~vygrzaniu w temperaturze 1270-:--- 1:rno°C i następnym ochłodzeniu w sprężonym powietrzu lub oleju. Pozostaniu austenitu szczątkowego sprzyja duża szybkość chłodzenia oraz dodatki stopowe. Zwiększenie twardości uzyskane w wyniku rozłożenia austenitu szczątkowego jest dość znaczne. Jeśli np. osiągnjęta w wyniku hartowania twardość stali szybkotnącej wynosi 62-:---63 HRC, to po wymrożeniu lub kilkakrotnym odpuszczeniu w temperaturze 560°C twardość ta może wynosić do 65 HRC. Odpuszczanie zahartowanych stali szybkotną cych jest zabiegiem długotrwałym (przy każdym wygrzewaniu
a)
b) ~r--.-----,---.~-.-~-..-~
1200 1--~--=----l--I-
200
o
-100
o
o
2
4
ó
8
10
12 h
c)
- 100
d)
OC
OC
1200
1200
10
1000
o
2
4
10 12 h
800 /JOO
400
200
o o
-100
200
2
4
6
8
10 12 14 h
R ys. V-6. Obróbka cieplna stali
222
o o
-100
szybkotnącej
17
[33]
trwa ok. 1 godziny). Kilka przykładów przebiegów całkowitej • obróbki cieplnej stali SW18 przedstawiono na rys. V-6 a7 d. Jak widać, dobrze przeprowadzona obróbka cieplna składa się nieraz z kilku zabiegów, co występuje również przy obróbce cieplnochemicznej. Wzbogacanie powierzchni w czynnik odbywa się tu na drodze dyfuzji (pod wpływem ciepła) czynnika „in statu nascendi" - w postaci atomowej - w głąb obrabianej powierzchni. Wynikiem obróbki cieplnochemicznej może być też zubożenie materiału w określony składnik, co ma miejsce np. przy otrzymywaniu żeliwa ciągliwego bi ałego.
Ćwiczenie
V.1
WVźARZANIE NORMALIZUJĄCE, ZUPEŁNE
1. Cel
ćwiczenia:
udarność
I IZOTERMICZNE
zapoznanie się z wpływem stali obrabianych cieplnie.
wielkości
ziarna na
2. Wyposażenie: piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temperatury w piecu, sześć próbek udarnościowych ze stali o zawartości 0,8°/o C, słoik z rozdrobnionym węglem drzewnym, łopatka do posypywania węglem próbek znajdujących się w piecu, popiół w blaszanej skrzynce, młot Charpy'ego do badania udarności, PN-66/H-01200, wykres Fe - Fe 3 C, fotografie struktur stali, . atlas. 3.
Wiadomości uzupełniające
Wyżarzanie normalizujące
i zupełne polega na nagrzaniu materiału lub przedmiotu do odpowiedniej temperatury i następnym chłodzeniu. Temperatura nagrzewania powinna być dla stali podeutektoidalnej o 30+50°C wyższa od A 3 ; dla stali nadeutektoidalnej - o 50°C wyższa od Acm (rys. V-7). Czas wygrzewania przy tym wyżarzaniu wynosi 2+4 godzin, zależnie od wymiarów i kształtu przedmiotu.
223
-
Rys. V-7. Zakres temperatur wyi..arzania stali {34]
Odprcżonie przedmiotów
JXJ obr. plost no zimno
300 tt----+----+---+----+-~ 2001----t----+---+---+-~
'/CXJ1---+----!---+---+-~
o
04
Wyżarzanie
08
12
t6 'YoC
zupełne
jest odrruaną wyżarzarua normalizującego i różni się od mego przebiegiem chłodzenia. Chłodzenie przy wyżarzaniu zupełnym zazwyczaj odbywa się w piecu i trwa bardzo długo, aż do uzyskania temperatury 600+650°C. Następnie stal chłodzi się nieco ::;zybciej na wolnym powietrzu. Wyżarzanie normalizujące
osiągnięcie
drobnoziarnistej budowy stali (rys. V-8), usunięcie naprężeń, polepszenie włas ności wytrzymałościowych i poprawienie obrabialności mechanicznej (głównie skrawalności).
224
ma na celu
Rys. V-8. Fotografia struktury stali na osie wagonowe: a) przed nor m alizowaniem, f>) po normaliz0waniu (pow. lOOX) [34] 'Wyżarzanie zupełne
o
dużej ciągliwości
wnętrznych, Wyżarzanie
stosuje i
się
w celu otrzymania struktury we-
małej twardości, usunięcia naprężeń
a czasem polepszenia obrabialności. izotermiczne ma na celu skrócenie długiego czasu v„-y-
żarzania zupełnego . Wyżarzanie normalizujące
stosuje się do stali, przeważnie w hutach do materiałów prętowych i odkuwek oraz do odlewów staliwnych. Wyżarzanie zupełne stosuje sę do wyrobów walcowa-
t
oc
R ys. V-9. Prztbiegi wyżarzania izote rmicz negr) stali w funkcji log.:trytmu dziesiętnego czasu (34] 15 -
Pra cownia techniczna ctla techn.
225
nych, do odkuwek (głównie ze stali stopowych) i do odlewów staliwnych. Wyżarzanie izotermiczne (rys. V-9) stosuje się do wysokowęglowego i stopowych stali narzędziowych zamiast wyżarza nia zupełnego . 4. Przebieg -
-
-
-
ćwiczenia
Przygotowane uprzednio wg PN-69/H-04370 próbki udarnoś ciowe w liczbie 6 sztuk włożyć do pieca elektrycznego oporowego, posypać rozdrobnionym węglem drzewnym i uszczelnić piec za pomocą korków azbestowych. Włączyć zasilanie elektryczne pieca i nagrzać próbki do temperatury ·ok. 50°C powyżej A 3; po upływie 20 minut wyjąć 2 próbki i ochłodzić na powietrzu. Wyłączyć zasilanie elektryczne pieca i poczekać, aż temperatura spadnie do ok. 650° C, następnie wyjąć 2 próbki z pieca i umieścić je w popiele, ostatnie zaś 2 próbki chłodzić razem z piecem. Wszystkie próbki poddać badaniu udarności, zapisać otrzymane dane i obliczyć udarność. Obejrzeć otPzymane przełomy.
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
wyżarzeii.
-
Porównać udarność wyżarzonych
-
nie obrobionych cieplnie. Ustalić wnioski.
Ćwiczenie
przebieg poszczególnych
V.2
próbek z
udarnością
próbek
I
HARTOWANIE NA WSKROS /
1. Cel ćwiczenia: ~apoznanie się ze skutkami hartowania zwykłe go, stopniowego i izotermicznego próbek wykonanych ze stali konstrukcyjnej oraz stali narzędziowej. 226
1. Wyposażenie: piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temperatury pieca, dwanaście próbek stalowych w formie wałków o średnicy . 20 mm i długości 60 mm (sześć próbek ze stali konstrukcyjnej o zawartości 0,55°/o C i sześć ze stali narzędziowej o zawartości O,so/o C), słoik z rozdrobnionym węglem drzewnym i łopatką na długim trzonku do posypywania węglem próbek znajdujących się w piecu, szlifierka z wąską tarczą do nacinania twardych próbek, imadło i młotek, twardościomierz Rockwella, wykres Fe - Fe8 C, fotografie struktur stali po obróbce cieplnej, atlas. 3.
Wiadomości uzupełniające
Rozróżnia się
hartowania na wskroś: zwykłe, stopniowe i z przemianą izotermiczną. Hartowanie zwykłe jest to hartowanie, w którym przebieg chłodzenia przedmiotu od temperatury , wygrzewania leżącej powyżej przemiany A 3 (rys. V-10) aż ffo temperatury otoczenia odbywa się w sposób ciągły, w oleju lub w wodzie. Hartowanie stopniowe jest to hartowanie, w którym przebieg chłodzenia przedmiotu do temperatury otoczenia odbywa się z przystankiem w pewnej temperaturze pośredniej, co jest
Rys. V-10. Zakres temperatur hartowania stali węglo ...-; e j (34]
227
spowodowane stosowaniem kolejno dwóch środowisk ochładzają cych. Hartowanie z przemianą izotermiczną jest to hartowanie, w którym przebieg chłodzenia przedmiotu do temper atury otoczenia odbywa się z dłuższym przystankiem, co jest spowodowane chłodzeniem w kąpieli o temperaturze pośredniej - wyższej od temperatury przemiany martenzytycznej. Przebieg omówionych rodzajów hartowama stali przedstawiono na rys. V-11.
bJ
a}
C} Ausieni!
Aus/ef)I/
Austenit A~.1
'
l lr,3
e
~
i
~
lfs
ffs
p
Pr
p
lg czasu
lq czasu
r
Hs
tq czasu
Rys. V-11. Wykresy różnych przebiegów hartowania stali: a) hartowanie zwykłe, b) stopniowe, c) z przemianą izotermiczną [34]
Celem hartowania zwykłego jest uzyskanie odpowiedniej struktury stali, która jest potrzebna np. w narzędziach skrawających. Po hartowaniu tym otrzymuje się strukturę martenzytyczną lub martenzytyczno-troostytyczną (rys. V-12). Hartowaniu stopniowemu poddaje się przedmioty, które ze wzglę du na swój kształt mają skłonność do odkształceń i pęknięć powodowanych naprężeniami wewnętrznymi (cieplnymi), a wykonane są z kruchych stali wysokowęglm.vych lub stopowych stali narzędziowych. Hartowanie stopniowe znajduje szerokie zastosowanie w obróbce cieplnej materiałów przeznaczonych do produkcji narzędzi. Przedmioty hartowane stopniowo uzyskują strukturę martenzytyczną, a więc i związaną z tym wysoką twardość. Po h artowaniu stopniowym stal należy odpuścić. Wpływ hartowania izotermicznego sięga tylko na głębokość kilku milimetTów, wobec czego rdzeń przedmiotów grubszych pozostaje 228
Rys. V-12. F·otografia struktury stali zahar t owa nej: a) podeutektoidalnej (0,440/o C), b) n a deutektoida lnej {l,10/o C) - p ow. 200X [34] miękki (ułatwia
to ewentualne prostowanie). Hartowanie izotermiczne stosuje się do przedmiotów wykonanych ze' stali stopowych i węglowych, skłonnych do odkształce ń i pęknięć powodowanych naprężeniami wewnętrznymi. Przy hartowaniu izotermicznym uzyskuje się strukturę bainityczną (rys. V-13).
Rys. V-1 3. F otografia struktury stali o zawartości 0,60/o C, zahart owanej izotermicznie: a) ba init górny (pierzasty), b ) bninit dolny (iglasty) - pow. 800X [34]
229
4. Przebieg
ćwiczenia
Ćwiczenie to składa się z dwu części: zahartowania próbek oraz
wykonania przełomów i sprawdzenia wyników obróbki przez pomiar twardości Rockwella w skali C (HRC).
Hartowanie próbek: - Do elektrycznego pieca oporowego nagrzanego do temperatury powyżej A 3 włożyć dwie próbki tej samej stali, wykonane w postaci wałków o średnicy 20 mm i długości 60 mm. - W celu zabezpieczenia próbek przed odwęglaniem wsypać do pieca nieco rozdrobnionego węgla drzewnego i szczelnie zamknąć piec (za pomocą szamoty). - Po przetrzymaniu próbek w żądanej temperaturze w ciągu 15 minut wyjąć próbki z pieca i szybko ochłodzić je w wodzie. - Analogicznie postąpić z dwiema innymi próbkami tej samej stali, przy czym chłodzenie przeprowadzić z krótkim przystankiem w innym piecu-wannie o temperaturze ok. 650°C. Następnie chłodzić w zimnej wodzie. - Analogicznie postąpić z pozostałymi dwiema próbkami z t ej samej stali, przy czym chłodzenie przeprowadzić po wyjęciu z pieca w kąpieli o temperaturze ok. 300°C. - Powtórzyć te same czynności z innymi stalami. Wykonanie przełomów i badaii twardości: - Wyjąć próbki z wody, naciąć na nich ściernicą karb (w odległości około 20 mm do końca) do głębokości 5 mm, umocować krótszy koniec w imadle i przez uderzenie młotkiem odłamać część dłuższą.
-
-
Obserwować przełomy
i ewentualnie
odrysować
je.
Zeszlifować
nieco powierzchnię boczną próbek i wykonać na nich po trzy pomiary twardości HRC (twardościomierzem Rockwella wg skali C). Przeprowadzić obserwacje mikroskopowe. Powtórzyć te czynności z innymi stalami.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
230
Opisać
przebieg hartowania zwykłego, stopniowego i izotermicznego przygotowanych próbek stalowych.
-
Podać
opis uzyskanych przełomów i struktur mikroskopowych. Podać wyniki twardości zahartowanych próbek po poszczególnych hartowaniach.
Ćwicze n ie
V.3
ODPUSZCZANI E I ODPRĘżAN IE
zapoznanie się ze skutkami wysokiego odpuszczania (ulepszania cieplnego) stali ko1n sirukcyjnych oraz niskiego odpuszczania stali narzędziowych. 1. Cel
ćwiczenia:
2. Wyposażenie: piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temperatury w piecu, cztery zahartowane próbki stali konstrukcyjnej o zawartości 0,551{)/o C i cztery zahartowane próbki stali narzędziowej o zawartości 0,8°/o C, dwie próbki udarnościowe ze spoiną, słoik z rozdrobnionym węglem drzewnym i łopatka na długim trzonku do p osypywania węglem próbek znajdujących się w piecu, twardościomierz Rockwella, wykres równowagi Fe-Fe3C, młot Charpy'ego. 3.
Wiadomości uzupełniające
O d p u s z cz a n ie jest. to obróbka cieplna, którą stosuje się do stali uprzednio zahartowanych. Polega ona na nagrzaniu zahartowanej stali do temperatury poniżej A 1 , przetrzymywaniu w niej przez pewien czas i następnym ochłodzeniu. N a podstawie badań stwierdzono, że podczas ogrzewania stali zahartowanej w granicach temperatury 200-:-270°C zawarty w niej austenit szczątkowy przemienia się w martenzyt, co jest połączone ze wzrostem twardości. Jednocześnie martenzyt przechodzi przynajmniej czę ściowo w troostyt, czemu znów towarzyszy nieznaczny spadek twardości. Spadek ten staje się bardziej wyraźny przy dalszym ogrzewaniu stali do 400°C, gdy na skutek wyraźnego rozpadu martenzytu pojawiają się dwie fazy: cementyt i ferryt, tworząc strukturę troostytyczną. W miarę dalszego podgrzewania w grani-
231
I
cach temperatury 400+A1 następuje dalsz.a koagulacja cząsteczek cementytu w osnowie ferrytycznej i tworzy siG nowa struktura, zwana sorbityczną. Ponieważ przy odpuszczaniu nie ma wyraź nego przejścia z jednej struktury w drugą, zatem możliwe są również wszystkie struktury pośrednie, jak martenzytyczno-troostytyczna, troostytyczno-sorbityczna i sorbityczno-perlityczna. W praktyce przyjęto następujący podział odpuszczania stali wę glowej w zależności od temperatury wygrzewania (rys. V-14): - odpuszczanie w niskiej temperaturze (150+240°C)., - odpuszczanie w średniej temperaturze (240 + 400°C), - odpuszczanie w wysokiej temperaturze (400° C--7-A1).
~\ P, 700 j
~ Is h,
5:;_
.,););).,,,t I IJ~Jlł1A~
?kie
I f1TII Il
4
l
5IXJ 1Jd.ouszczanle
4fX)
lsre "n;e I•
~
Oo DUSZC ~I ll
2fXJ
Dl
li 11 11 ,, ti:Jbii. 01' anie
11 1111
100
o
111
I
11
0,4
ie
18
aa
7,2
1,6
%C
Rys. V-14. Zakres temperatur odpuszczania stt'li węglowej [34]
232
Odpuszczanie w niskiej temperaturze ma na celu pewne zmmeJszenie kruchości, z zachowaniem jednak dużej twardości i wytrzymałości. Podczas tego odpuszczania następuje zmniejszenie naprężeń wewnętrznych powstałych podczas hartowania. Odpuszczanie w średniej tempera.rurze ma na celu utrzymanie jeszcze bardzo dużej wytrzymałości przy równoczesnym osiągnięciu dużej sprężystości i dodatkowym zwiększeniu odporności na uderzenie. Odpuszczanie w wysokiej temperaturze ma na celu utrzymanie możliwie dobreJ wytrzymało ści oraz uzyskanie plastyczności i bardzo dużej udarności. Wpływ temperatury odpuszczania na otrzymywaną twardość stali węglowej przedstawiono na rys. V-15.
Odp r
ę ż
anie
polega na ·
usunięciu
następujących
rodzajów
naprężeń wewnętrznych: naprężeń hartowniczych, które powstają wskutek zmian fazowych w materiale obrabianym cieplnie,
o
700
2f){)
300
4fX)
oc
Temperatura odpuszczama
Rys. V-15. Wykres zależności twa rdości stali od temperatury odpuszczania [34)
2.33
· -
naprężeń
w odlewach, powstałych na skutek skurczu materiapodczas jego krzepnięcia po odlaniu oraz naprężeń wynikłych z nierównomiernego chłodzenia, naprężeń w spoinach, powstałych wskutek skurczu materiału spoiny podczas jego krzepnięcia i następnego stygnięcia spoiny oraz najbliższego jej otoczenia, naprężeń w materiałach zgniecionych, powstałych na skutek obróbki plastycznej na zimno.
łu
-
-
Odprężanie
ma na celu usunięcie lub przynajmniej zmniejszenie naprężeń, co zabezpiecza materiał przed zniszczeniem. Stosuje się wyżarzanie odprężające, polegające na ogrzaniu przedmiotu ·do odpowiedniej temperatury (takiej, aby w materiale nie zaszły jeszcze zmiany struktury), wygrzaniu w niej przez pewien czas i następnym pewolnym chłodzeniu. Zależnie od rodzaju i stanu przedmiotu oraz od przyczyn wywołujących naprężenia stosuje się różne temperatury wygrzewania podczas odprężania, przy czym im wyższa jest temperatura obróbki, tym krótszy jest czas jej trwania i odwrotnie. Za zasadę należy przyjąć, że wyżarzanie odprężające nie powinno zmienić struktury materiału obrabianego. W temperaturze otoczenia może nastąpić odprężenie natw·alne, lecz proces ten trwa długo. 4. Przebieg
-
-
234
ćwiczenia
Przygotować
próbki ze spoiną ze stali St4S, grubości 10 mm . Pośrodku każdej próbki z jednej strony wykonać wcięcie na głębo kość 4 mm, z drugiej zaś karb głębokości 2 mm. W cięcie zespawać. Obie próbki muszą mieć dokładnie te same wymiary. Do elektrycznego pieca oporowego nagrzanego do temperatury 200°C włożyć dwie próbki zahartowanej stali, tj. jedną próbkę ze stali konstrukcyjnej i jedną ze stali narzędziowej, przetrzymać je w tej temperaturze 15 minut, wyjąć z pieca i ostudzić w powietrzu. Nagrzać piec do temperatury 400°C, włożyć dwie nowe próbki zahartowanej stali, tj. jedną próbkę ze stali konstrukcyjnej i jedną ze stali narzędziowej, przetrzymać je w tej temperaturze 15 minut, wyjąć z pieca i ostudzić na powietrzu.
-
-
Nagrzać piec do temperatury 600°C, włożyć dwie nowe próbki
zahartowanej stali, tj. jedną ze stali konstrukcyjnej i jedną ze stali narzędziowej oraz jedną próbkę udarnościową ze spoiną, przetrzymać je w tej temperaturze 15 minut, wyjąć z pieca i ostudzić na powietrzu. N a próbkach odpuszczanych (6 sztuk) jedną powierzchnię oczyścić papierem ściernym. Zbadać twardość dwu pozostałych próbek zahartowanych oraz wszystkich odpuszczonych, a wyniki zanotować. Zbadać udarność obu próbek ze spoiną, stosując uderzenie od strony lica. Wyniki zanotować.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Podać
przebieg odpuszczania zahartowanych próbek ze stali węglowych - konstrukcyjnej i narzędziowej. Podać przebieg odprężania próbki ze spoiną. Zestawić wyniki pomiarów twardości. Zestawić wyniki pomiarów udarności. Podać wnioski i własne spostrzeżenia .
Ćwiczenie
V.4
UTWARDZANIE DYSPERSYJNE, CZYLI PRZESYCANIE, · I STARZENIE STOPóW METALI NIEŻELAZNYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze skutkami przesycania i starzenia stopów metali nieżelaznych. l
piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temP,eratury w piecu, twardościomierz Rockwella, trzy próbki wyżarzonego stopu lekkiego w formie wałków o średnicy 15 mm i wysokości 15 mm (najlepiej o zawartości 4°/o Cu, 2°/o Ni, reszta Al), trzy próbki wyżarzonego stopu miedzi w formie wałków o średnicy 15 mm i wysokości 15 mm (najlepiej o zawartości 2,5°/o Be, reszta Cu - brąz berylowy), suszarka elektryczna lub gazowa umożliwiająca suszenie w temperaturze do 200°C. 2.
Wyposażenie:
235
3.
Wiadomośd uzupełniające
Przesycanie jest to obróbka cieplna, którą stosuje się głównie do stopów aluminium, stopów magnezu i niektórych stopów miedzi, np. brązów berylowych. Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury, w której jeden lub więcej składników przechodzi do roztworu stałego na skutek zwiększenia ich rozpuszczalności , na wygrzaniu go w tej temperaturze i następnym szybkim chło dzeniu (zwykle w wodzie). Chłodzenie takie ma na celu zatrzymanie rozpuszczonego składnika (lub składników) w roztworze, który staje się przez to przesycony. Wyżarzanie starzące jest to obróbka cieplna, którą stosuje się tylko do stopów uprzednio przesyconych. Wyżarzanie starzące (starzenie przyspieszone) polega na ogrzaniu przesyconego roztworu stałego do odpowiedniej temperatury, w której wydziela się z niego składnik przesycający w postaci nowej fazy, bardzo rozdrobnionej, a więc znajdującej się w stanie dyspersji. Od stopnia dyspersji zależy, czy otrzymana na skutek starzenia mieszanina ma lepsze czy gorsze własności wytrzymałościowe. Obróbka cieplna składająca się kolejno z przesycania i starzenia (samorzutnego lub przyspieszonego) nosi nazwę utwardzania dys persyjnego.
Celem przesycania jest otrzymanie przesyconego (przechłodzo nego) roztworu stałego w stopach, które bez obróbki cieplne j w temperaturze normalnej mają budowę dwufazową. Przesycanie powoduje na ogół nieznaczne pogorszenie własności plastycznych. Przesycanie wprowadzono ostatnio również do obróbki cieplnej wysokostopowych ferrytycznych i austenitycznych stali specjalnych. Typowe zastosowanie znajduje przesycanie również w obróbce cieplnej austenitycznych kwasoodpornych stali chromowo-niklowych i ćhromowo-niklowo-manganowych oraz ferrytycznych stali nierdzewnych chromowych. Celem starzenia jest osiągnięcie struktury wielofazowej, zapewna ogól wzrost twardości i wytrzymałości, co jednak powoduje pogorszenie własności plastycznych. Zabiegom starzenia poddaje się przeważnie stopy metali kolorowych. niającej
236
4. Przebieg
ćwiczenia
Ćwiczenie składa się z dwu czQsc1: przesycania i starzenia stopu lekkiego A1Cu4Ni2 oraz przesycania i starzenia brązu berylov.; ego CuBe2.
Przesycanie i starzenie stopu lekkiego AlCu4Ni2
-
-
-
Do elektrycznego pieca oporowego, nagrzanego do temperatury 520°C, włożyć dwie próbki stopu z umocowanymi do końców drutami. Po przetrzymaniu próbek w tej temperaturze w czasie 30 minut wyjąć z pieca obie próbki i natychmiast zanurzyć je w wodzie w celu utrzymania w nich budowy przesyconej. Zmierzyć twardość Rockwella obydwu próbek przesyconych. Jedną z przesyconych próbek włożyć do suszarki nagrzanej do temperatury 180°C, przetrzymać ją tam przez 1 godzinę, następnie wyjąć z suszarki i po ostudzeniu do temperatury pokojowej zmierzyć jej twardość. Zmierzyć dla porównania twardość próbki trzeciej, nie poddanej obróbce cieplnej, lecz wyżarzonej przed ćwiczeniami w temperaturze 400°C w czasie 1 godziny i studzonej razem z piecem.
P rzesycanie i starzenie
-
brązu
berylowego CuBe2
Wykonać
wszystkie czynnosc1 jak w przypadku stopu A1Cu4Ni2, mając na względzie, że temperatura przesycania brązu berylowego wynosi 800°C, a temperatura starzenia 350°C (w związku z tym do starzenia należy użyć tego samego elektrycznego pieca oporowego, który był użyty do prz.esycania).
5. Uwagi do sprawozdania: Opisać
-
przebieg przesycania i starzenia stopu lekkiego A1Cu4Ni2 i brązu berylowego CuBe2. Określić wyniki przeprowadzonego przesycania i starzenia, dokonując pomiarów twardości metodą Rockwella. Wyniki zestawić w tabelce. Opracować wnioski.
237
Pytania -
sprawdzające
W jakim celu stosuje się wyżarzania: normalizujące, zupełne, izotermiczne? Jakie przemiany zachodzą w stali podczas wyżarzania normalizującego, zupełnego i izotermicznego? Jakie odróżnia się sposoby hartowania stali na wskroś? Jakie kolejne przemiany zachodzą w stali w cz.asie procesu hartowania? Jakie własności otrzymuje siQ przy kolejnych stopniach ()dpuszczania stali? Jakie kolejne przemiany zachodzą w staii podczas odpuszczani.a? W jakim celu stosuje się wyżarzanie odprężające? Na czym polega pr:ziesycanie i starzenie stopów metali i jaki jest cel przeprowadzania tych zabiegów?
•
Rozdział ,
VI
POMIARY WARSZTATOWE
WIADOMOSCI
WSTĘPNE
Pomieszczenie, w którym jest urządzona pracownia pomiarów warsztatowych, powinno być wolne od wstrząsów, wilgoci i kunru, temperatura powinna tam wynosić 20°C, a jej wahania nie mogą przekraczać ± 4°C. Szczególną u wagę należy zwrócić na oświetlenie. Okna o dużej powierzchni powinny być zwrócone w kierunku północnym, aby światło słoneczne nie raziło oczu, nie dawało ostrych cieni i nie wpływało na zmiany temperatury pomieszczenia. Dopuszcza się oświetlenie sztuczne (światłem bezcieniowym) o natężeniu ok. 500 luk.sów. Narzędzia pomiarowe przed ćwiczeniem powinny być oczyszczone z warstwy tłuszczu konserwującego. W czasie ćwiczeń należy zachować czystość: miejsce ćwiczeń trzebą chronić przed pyłem, rdzą itp. W bezpośrednim sąsiedztwie przyrządów pomiarowych nie wolno spożywać posiłków. Po jedzeniu (szczególnie owoców) należy umyć ręce, aby kwasów organicznych nie przenieść na narzędzia pomiarowe. Przy stosowaniu płytek wzorcowych z kasety wyjmuje się tylko te płytki, które są potrzebne w danym ćwiczeniu. Należy stosować zasadę, że dotknięta czy wyjęta z kasety płytk~ może być z powrotem umieszczona w kasecie dopiero po oczyszczeniu i zakonserwowaniu. Płaszczyzny pomiarowe pły tek przemywa się czystą benzyną i przeciera irchową ściereczką . Należy unikać dotykania palcami płaszczyzn pomiarowych. Ze względu na higienę pracy oraz bezpieczeństwo przeciwpożarowe
239
otwartych butelek z benzyną, a czysc1wo natychmiast wrzucać qo zamykanych pojemników na odpadki.
nie wolno
pozostawiać
zwilżone benzyną należy ,
Bezpośrednio
po ukończeniu ćwiczeń części robocze przyrządów pomiarowych powinny być czyszczone ze śladów palców przez przetarcie szmatką lekko natłuszczoną wazeliną techniczną lub żółtą wazeliną apteczną, a następnie (szmatką obficie natłuszczo ną) pokrywane cienką warstwą wazeliny (nie należy nakładać zbyt grubych warstw wazeliny). Wynik pomiaru stanowi zawsze stwierdzenie, w jakim przed z i a I e jest zawarta wartość mierzonej wielkości. Istnienie tego przedziału jest spowodowane błędami towarzyszącymi pomiarowi. B ł ą d p o mi a r u jesi różnicą .pomiędzy otrzymanym wynikiem a wartością rzeczywistą ·wymiaru. Błąd pomiaru może być dodatni lub ujemny. Może być wyrażany w postaci błędu bezwzględne go - w jednostkach mierzonej wielkości, lub błędu względnego, który jest stosunkiem błędu bezwzglqdnego do wartości wielkości mierzonej. Bardzo często błąd względny wyraża się w procentach. Błąd pomiaru jest wartością wynikową, zależną od wielu czynników. \i\Tszystkie błędy składowe można zakwalifikować do jednej z czterech grup. Są to: błędy metody pomiarowej, błędy post
od cech pracownika
wykonującego
pomiar, od jego kwalifikacji i doświadczenia . Błędy te wynikają ze sposobu nastawienia narzędzia pomiarowego, prawidłowości ustawienia przedmio'tu mierzonego, wartości stosowanych ną. cisków pomiarowych, jakości oświetlenia (m.in. jego kierunku i jaskrawości) oraz czystości powierzchni pomiarowych narzędzia i przedmiotu mierzonego. Błędy
wskazania są spowodowane błędami narzędzia pomiar.o wego i przedmiotu mierzonego, jak luzy, odkształcenia sprężyste, 240
opory ruchów, zniekształcenia powierzchni, wady optyczne szkieł. Dochodzą tu również błędy spowodowane warunkami otoczenia (np. gdy temperatura narzędzia różni się od wartości przepisanej lub od temperatury przedmiotu :inierzonego). Błędy odczytania dzieli się na błędy osobowe i błędy związane z wykonaniem narzędzia pomiarowego (na przykład zbyt szerokie wskazy, czyli kreski podziałki, i jej zbyt małe działki elementarne, mała ostrość obrazu optycznego itp.). Błędy osobowe są spowodowane przez dokonującego pomiar. Do błędów osobowych należy m.in. błąd paralaksy (ukośne patrzenie na powierzchńię podziałki). Wskutek pomyłki w odczycie mogą wystąpić błędy grube (na przykład łatwo jest o pomyłkę o 0,5 mm przy pomiarze mikrometrem). Na błąd odczytu ma wpływ również niedoskonałość wzroku, a głównie jego zdolność rozdzielcza; wyraźnie widzimy np. podziałki, w których sąsiednie wskazy są .odległe od siebie co najmniej o 0,7 mm (dlatego unika się stosowania pół milimetrowych działek elementarnych). Przy odczytywaniu wska. zań na podziałce o małych działkach elementarnych należy stosować lupę.
Pomiary wykonuje się z reguły siedząc przy stole, z rGkami opartymi o krawędź stołu. Podczas odczytu należy tak sytuować się względem podziałki, aby prosta łącząca oko ze wskazówką urzą dzenia odczytowego była prostopadła do podzielni. Przy czynnościach pomiarowych nie·wolno używać siły powodującej odkształ cenia sprężyste, zakleszczenia się współpracujących powierzchni i nadmierne ich zużycie.
'
Rys. VI-1. Wymiary: wewnętrzny i mieszany
zewnętrzny,
W pomiarach warsztatowych występują trzy rodzaje wymiarów (rys. VI-1): zewnętrzny a - ograniczony powierzchniami zewnętrznymi, wewnętrzny b - ·ograniczony powierzchniami we16 -
Praco~-nia
techniczna dla t e chn.
241
wnętrznymi,
oraz mieszany c - ograniczony jedną powierzchnią zewnętrzną, a drugą wewnętrzną. Niektóre narzę~....;a pomiarowe przystosowane są do pomiaru dwu lub wszystkich trzech rodzajów wymiarów, jak na przykład suwmiarka uniwersalna. Inne narzędzia, jak na przykład narzędzia mikrometryczne, budowane są odrębnie dla każdego rodzaju wymiaru. W czynnościach pomiarowych odróżnia się pomiar i sprawdzanie. Wynikiem sprawdzenia jest określenie, czy dana wielkość odpowiada wymaganiom, czy też jest za mała lub za duża w porównaniu z wartością wzorcową. Przy sprawdzaniu na ogół nie interesują nas wartości odchyłek. Pomiar długości i kątów może być bezpośredni, gdy w wyniku mierzenia otrzymuje się bezpośrednio szukaną wartość wielkości, oraz pośredni, gdy mierzy się wielkość współzależną, a wartość szukaną otrzymuje z wyliczenia wg odpowiedniego wzoru. W pomiarze bezpośrednim odróżnia się metody bezwzględne, dające pełną wartość mierzonej wielkości, oraz metody porównawcze względne (odczytuje się tu tylko wartości odchyłek dodatnich lub ujemnych względem odpowiednio nastawionej wartości wzorcowej, np. przy pomiarze czujnikiem). Przy ćwiczeniach z pomiarów warsztatowych najczęściej będą stosowane takie narzędzia pomiarowe, jak: suwmiarki, mikrometry, płytki wzorcowe, _czujniki zegarowe, kątomierze uniwersalne. Stosowane obecnie suw miarki mają noniusze o różnych modułach i różnych dokładnościach odczytu. Odmiany noniuszy zostały u ję te w poniższej tablicy.
I
Noniusz-.dokłndności
odczytu wymiaru mm
0,1 0,1
(moduł
2)
0,05
0,05
242
(moduł
2)
Długość
Liczba
Podziałki
działek
noniusza mm
podziałki
9 19
10 10
19
20
39
20
noniusza
Długość działki
I
elementarnej noniusza mm
0,9 1,9 0,95 1,96
I
Zakres pomiarowy suwmiarek uniwersalnych MAUa-7-f (rys. VI-2) do mierzenia wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych wynosi do 140 mm (do większych zakresów stosuje się suwmiarki jednostronne lub dwustronne). Przy użytkowaniu suwmiarek należy pamiętać, aby nie dopuścić do całkowitego zsunięcia szczęki przesuwnej z prowadnicy, gdyż zwykle w takich razach wypadają i gubią się wkładki doszczelniające (nie dotyczy to suwmiarek krótkich uniwersalnych).
/
I I
I
I
I
I
.§) Rys. VI-2. Suwmiarka uniwersalna MAUb
prowadnica, 2 - szczc:;ka stała , 3 - szczęka przesuwna, 4 - s uwak, 5 - języ czek zacisku, 6 i 7 - szczęki do pomi11rów wymiarów wewnętrznych, 8 - wysuwka głębolcościomierza [15]
1 -
Płytki
wzorcowe stosowane są w różnych zestawach. Do ćwiczeń najlepiej stosować zestaw MLAa 1 klasy dokładności, zawierający 47 płytek, lub MLAa I klasy dokładności 49 sztuk (dodatkowo 2 płytki ochronne). Dla zestawiania wzorców z dokład nością 0,001 mm konieczny jest komplet uzupełniający MLAd klasy dokładności O, obejmujący 18 płytek. Zestaw wzorcowy stosowany bezpośrednio do pomiaru powinien być obłożony z obu stron płytkami ochronnymi. Płytka ochronna zawsże tą samą stroną (nie cechowaną) powinna być zwrócona do pozostałych płytek, aby ewentualne rysy na jej powierzchni nie uszkodziły płaszczyzny sąsiedniej płytki (wskazane jest zaopatrzenie pracowni w dodatkowe komplety płytek ochronnych). Mikrometr zewnętr;;ny jest przedstawiony na rys. VI-3. Przy pomiarze wrzeciono 3 dosuwa się do styku z przedmiotem, obraca243
2
4
5
6
Rys. VI-3. Mikrometr zcwnc:trzny: a) rysunek przyrządu, b) sposób odczytywania [15] kowade łk o, 3 wrzeciono, 4 - zacisk ustatuleja zewn<;trzna z podziałką wzdłutną, 6 - bę ben pomiarowy, z podziałką obwodową, 7 - pokrętka sprzę
1 -
kabłąk, 2 -
lPjący, 5 gła
jąc
powoli pokrętką 7 sprzęgła aż do momentu, kiedy obrót po·nie powoduje dalszego ruchu wrzeciona („grzechotanie"). W ten sposób jest zapewniona określona i stała wartość nacisku pomiarowego.
krętki
Rys. VJ-4. Czujnik zegarowy trzpień pomiarowy, 2 koń cówka pomiarowa, 3 - tarcza z
1 -
podziałką
główną, 4 -
podziałka
pomocnicza (do wyznaczania nych obrotów wskazówki 5), pierścień
peł
6 -
do nastawiania tarczy, chwyt do podnoszenia i opuszczania trzpienia pomiarowego [15) \ 7
244
-
Czujnik zegarowy (rys. VI-4) może być stosowany do pomiarów porównawczych, przy czym do pomiaru mocuje się go w odpowiednim przyrządzie czujnikowym. Dla ustawienia położenia zerowego obraca się tarczą 3 tak, aby jej kreska zerowa pokryła się ze wskazówką 5. Trzpień pomiarowy czujnika powinien być ustawiony prostopadle do mierzonej powierzchni. Działka elementarna czujnika odpowiada przesunięciu trzpienia pomiarowego. o odcinek 0,01 mm. Kątomierz
uniwersalny jest przedstawiony na rys. VI-5. Ma on podziałkę obejmującą 360°. Na obu półkolach jest wykonana podziałka od O do 90°, a następnie z powrotem do zera. Na języczku.
I
Rys. VI-5.
Kątomierz
uniwer-
salny [15] poctzielnin z podziałltą głów ramię pomiarowe ruchome, 3 - r amię pomiarowe nieruchome, 4 - zacisk ustalajitCY wy_ sunic;cie ramien ia 2, 5 - zacisk ustala~cy położenie kątowe r amienia 2, 6 - noniusz kątowy, 7 - poprzeczka ramienia nieruchomego 1 -
ną , 2
obracającym się
wraz z ruchomym ramieniem znajduje się podwójna podziałka noniusza z kreską zerową pośrodku. Oba odcinki noniusza obejmują po 23°, podzielone na 12 części. Jeżeli wartości podziałki głównej wzrastają w prawo, to minuty odczytuje. się na prawym odcinku noniusza, i odwrotnie. Dokładność odczytu wynosi 5'. Kątomie rz
optyczny produkcji krajowej ma na przezroczyste} obrotowej tarczy cztery podziałki kątowe po 90°, wykonane przeciwległymi parami na dwóch różnych promieniach; na przeciwległych parach wartości podziałki wzrastają w prawo i lewo. 245.
W okularze znajduje się nieruchoma długa kreska zerowa. Do kreski zerowej na dwóch różnych poziomach przylegają dwie podziałki, obejmujące po jednym stopniu, podzielone na 12 części. Dokładność odczytu wynosi 5'. Kątomierze
tarną
optyczne produkcji radzieckiej o wartości 10'.
mają działkę
elemen-
Przy ćwiczeniach z pomiarów warsztatowych należy opierać się na wiadomościach z zakresu pasowań i pomiarów. Przed każ dym ćwiczeniem należy przypomnieć sobie budowę i działanie przyrządów pomiarowych stosowanych w danym ćwiczeniu.
Ćwiczenie POMIAR
Vl.1
WAŁKA
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobami pomiaru średnic oraz ze sprawdzaniem błędów kształtu wałka, a także przyswojenie umiejętności posługiwania. się stosowanymi narzędziami pomiarowymi. 2.
Wyposażenie:
przedmioty mierzone (wałek toczony) o chropowatości 2,5 µm, wałek szlifowany (z zachowaniem określonej tolerancji), suwmiarka uniwersalna z noniuszem 0,1, suwmiarka uniwersalna z noniuszem 0,05, suwmiarka jednostronna z noniuszem 0,05, mikrometr o zakresie pomiarowym O : 25 mm, transametr (passametr) 0+25, przyrząd kłowy, czujnik zegarowy, podstawka do czujnika, płytki wzorcowe, optimetr, mikrokato~, limimetr, ortotest lub czujnik indukcyjny. 3.
Wiadomości uzupełniające
Pomiar
średnicy wałka
Średnice wałków mierzy się najpierw za pomocą suwmiarki uni-
wersalnej z noniuszem 0,1 mm. Pomiarów dokonuje się przy obu końcach wałka oraz pośrodku. Następnie w tych samych miejscach mierzy się średnice za pomocą suwmiarki z noniuszem 246
0,05 mm oraz mikrometru. Jeśli mikrometr jest cięższy od wałka „ należy go zamocować w specjalnym uchwycie ; wałek przy pomiarze podtrzymuje się lewą ręką, a prawą wolno obraca pokrętkę sprzęgła. Jeśli wałek jest cięższy od mikrometru, należy przedmiot położyć na stole; lewą ręką trzyma się wówczas kabłąk mikrometru (należy pamiętać o stosowaniu nakładek izolauyjnych chroniących mikrometr przed nagrzaniem), a prawą: obraca pokrętkę sprzęgła.
Rys. VI-6. Tran samctr [31]
Średnicę wałka można również mierzyć dokładniej szymi przyrzą
dami pomiarowymi, np. transametrem (rys. VI- 6). Znając średnicę nominalną wałka u stawia się zest aw płytek wzorcowych na ten wymiar. Następnie według zestawu ustawia się przesuwne wrzeciono transametru, po czym wsuwa mierzony wałek pomiędzy k owadełko i wrzeciono. Wychylająca się wskazówka wyznacza na podziałce wartość odchyłki wykonania wałka . P odobnie przeprowadza się pomiar średnicy za pomocą ka żdego. dowolnego przyrządu czujnikowego, np. za pomo cą mikrokatora lub ortotestu, tj. czujnika mechanicznego o przekładni dźwignio wo-zębatej. Korzysta się tu również z zestawu płytek ustawionego na wymiar nominalny. Stos ustawia się na stoliku przyrządu. Po zetknięciu trzpienia pomiarowego z zestawem wzorcowym ustawia się urządzenie odczytowe na zero. Następnie płytki zastę247"
puje się mierzonym wałkiem i na podstawie odchylenia wskazówki wyznacza odchyłkę średnicy wałka od wartości nominalnej. błędów kształtu wałka
Wyznaczanie Najczęściej
wystqpujące
błędy
kształtu
pówierzchni walcowej wałka przedstawia rys. VI-7. Są to: a) baryłkowość, b) siodłowość (zwężkowość), c) wygięcie, d) stożkowość. Wygięcie wyznacza się
a)
b)
~
-~
c)
d)
~ za
-[:3
Rys. VI-7.
Błędy
walcowości
pomocą
czujnika (rys. VI-8) zamocowanego w podstawie. Wałek należy obrócić o 360°, odczytując największe i najmniejsze wychylenie wskazówki czujnika. Różnica tak uzyskanych wskazań jest miarą wygięcia przedmiotu. Stożkowość wałka (rys. VI-9) . wg wzoru s -= dl - d2 . w t-ym c~1u . na1ezy . zmie. wyznacza sH~ l
rzyć
dwie
średnice wałka położone
w
odległości
l od siebie oraz
tę odległość. Wałek
w swoim przekroju poprzecznym obarczony jest błędami do nich graniastość (wielołukowość) i owal-
okrągłości. Należy
I
- - --i~ ~ L..1--~-------r-i Rys. VI-8. Pomiar
248
wygięcia
_I
Rys. VI-9. P omiar stoikowości [23]
Rys. VI-10. Pomiar
graniastości
[23)
nosc. Do pomiaru graniasiości można stosować pryzmę (rys. VI-lOa) oraz czujnik. Wałek obraca się dookoła jego osi o kąt 360°. Różnica L1d między największym i najmniejszym wskazaniem czujnika (rys. VI-lOb) określa graniastość. Rysunek VI-lOb wyjaśnia również, że pomiar średnic nie wystarcza do wykrycia graniastości.
r
Rys. VI-11. Sprawdzanie wym [23J 1 -
wałek
rowy, 4 -
1
owalności
sprawdzany, 2 - przyrząd podstawka czujnika
w
kłowy,
przyrządzie
3 -
kło
czujnik zega-
najwygodniej jest umieścić wałek w przyrządzie kłowym (rys. VI-11}. Obracając powoli wałek odczytuje się wskazania czujnika. Na podstawie tych wskazań można w odpowiednio dużym powiększeniu na papierze milimetrowym wykreślić kształt przekroju poprzecznego wałka. Owalnością wałka Do pomiaru
owalności
249
jest
różnica dmux-dmtn,
-4. P1·zebieg
i
gdzie dmax i
dmin oznaczają
odpowiednio w danym przekroju. Do kontroli błędów kształtu wałka można - oprócz czujników .stosować również (w sposób podany uprzednio) transametry, ortotesty i mikrokatory. największą
najmniejszą średnicę wałka
ćwiczenia
Przygotowanie pomiaru: - Sprawdzić stan techniczny narzędzi i przyborów, oczysc1c z powłoki ochronnej części robocze przyrządów. O ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela. - Sprawdzić wskazania zerowe suwmiarek i mikrometrów. - Przygotować stanowisko pomiarowe i pomoce do pomiaru. Pomiar wałków: - Zmierzyć średnice wałków za pomocą suwmiarki. Pomiaru dokonywać suwmiarkami o różnych dokładnościach w dwu prostopadłych do siebie płaszczyznach i trzech rómych przekrojach. Wyniki pomiaru wpisać do karty pomiarowej. - Zmierzyć wałki mikrometrem - również w dwu płaszczy znach i trzech różnych przekrojach - na końcach wałka i pośrodku, zwracając uwagę, aby powierzchnie pomiarowe przylegały do wałka dokładnie na średnicy. Wyniki pomiaru wpisać do karty pomiarowej. - Zmierzyć wałki (podobnie jak poprzednio) za pomocą transametru. Wyniki wpisać do kaTty pomiarowej. · - Zmierzyć średnice szlifowanego wałka za pomocą przyrządu czujnikowego - np. ortotestu - i zestawu płytek wzorcowych. - Wyznaczyć wygięcie wałka za pomocą czujnika zegarowego zamocowanego w podstawie. Określić stożkowość wałka przez pomiary za pomocą transametru. Określić graniastość przekroju wałka z użyciem pryzmy i czujnika. Wyznaczyć owalność przekroju wałka za pomocą przyrządu kłowego i czujnika. 1
250
Czynności
po zakończeniu ćwiczenia: Po starannym oczyszczeniu narzqdzi pomiarowych i przyborów zakonserwować je dokładnie i ułożyć w przeznaczonym na nie miejscu. 5. Uwagi do sprawozdania:
-
Zestawić Podać
wyniki pomiarów. charakterystyki stosowanych metod pomiaru.
Podać własne spostrzeżenia dotyczące przeprowad~onych
miarów oraz
opracować
po-
wnioski.
Ćwiczenie Vl.2
POMIAR OTWORU
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie z metodami pomiarów otworów oraz stosowaniem przyrz ądów służących do tych pomiarów.
2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (3 tulejki), przyrządy pomiarowe: suwmiarka uniwersalna, mikrometr wewnętrzny szczę kowy, średnicówka mikrometr~czna, średnicówka czujnikowa, kliny pomiarowe, kulki łożyskowe o różnych średnicach, głębo kościomierz mikrometryczny, 2 mikrometry zewnętrzne: o zakresie pomiarowym 0+25 i 25+ 50, komplet płytek wzorcowych klasy 1, 2 uchwyty do płytek, para wkładek płasko-równoległych, para wkładek płaskowalcowych, podstawka do uchwytu płytek. 3.
Wiadomości uzupełniające
Średnice otworów mierzy się szczękami do pomiarów wewnętrz
nych 6 i 7 suwmiarki uniwersalnej (rys. VI-2) lub zaokrąglonymi końcówkami szczęk głównych suwmiarki jedno- lub dwustronnej (w tym przypadku do odczytanego wymiaru dodaje się wartość 10 mm, tj. szerokość końcówek) . Przy pomiarach z dokładnością I
251
Rys. VI-12. Pomiar otworu
.; :·ednicówką mikrometryczną
[15]
do 0,01 mm stosuje się średnicówkę mikrometryczną. Pomiar taki wymaga pewnej wprawy, należy bowiem ustawić średnicówkę w dwu płaszczyznach (rys. VI-12): na wymiar największy w płaszczyźnie poprzecznej oraz najmniejszy w płaszczyźnie podłużnej. Otwory o niewielkich średnicach mierzy się mikrometrem szczękowym do wymiarów wewnętrznych (rys. VI-13).
d Rys. VI-13. Pomiar otworu mikrometrem kowym [23]
Średnicówka
szczę
czujnikowa (rys. VI-14) ma dwa ramiona centrują ce 8, które wspierają się na cięciwie kołowego otworu, zapewniając położenie osi pomiaru w płaszczyźnie osiowej otworu. Zakres pomiarowy średnicówki ustala się zakładając odpowiednią 252
końcówkę wymienną
7. Czujnik zegaro-
wy stosowany w średnicówkach może mi eć dokładność 0,01 mm lub 0,001 mm. Punkt zerowy podziałki czujnika ustawia się według zestawu płytek wzorcowych. Ser y jne sprawdzanie średnic otworów wykonuje się dwugranicznymi sprawdzianami tłoczkowymi. Sprawdzian taki można również zestawić z płytek wzorcowych, okładając je wkładkami płas k owalcowymi (grubość zestawu musi być , oczywiście, mniejsza od średnicy nominalnej otworu o grubości końcó wek wkładek). P omiar średnicy za pomocą kulek przeds tawiono na rys. VI-15. Dobiera się dwie kulki o różnych średnicach, takich aby tworzyły układ przedst awiony na rysunku. Całość ustawia się na stoliku pomiar owym. Głębokościomierzem mikrometrycznym mierzy się wysokość A i B. Wymiar M jest ich rozmcą (M = A - B). średnic ę otworu oblicza się wg wzoru
I
[_ 10
~
Pomiar średnicy otworu klinami pomiarowymi przedstawiono na r ys unku VI-16.
Rys. VI- 11. S rednic6wka czuj nikow a [31] czujnik zegarowy, 2 - za cisk czu jnik a, 3 4 t rzonek , 5 - gfówka p omiarowa , 6 koncówka p omiarowa, 7 - wy mien na koń ców ka przedłużająca . R - ramiona centr uj~ce, 9 l -
rE:ko j eść,
i
12 -
sp rężyny,
JO
-
dźwig ni a
ką towa ,
11 -
trzpień pośre dniczący
253
d
Rys. VI-15 Pomiary
otworu za
pomocą
4. Przebieg·
średnicy
kulek [23]
Rys. VI-16. Pomiar otworu za pomocą klinów (31)
ćwiczenia
Przygotowanie ćwiczenia - Sprawdzić stan przyrządów pomiarowych, oczyścić powierzchnie pomiarowe narzędzi oraz powierzchnie przedmiotów przeznaczonych do mierzenia. Sprawdzić punkty zerowe mikrometrów. Pomiar średnic otworów w trzech tulejkach: - Zmierzyć średnice otworów suwmiarką uniwersalną, - jw. średnicówką mikrometryczną, - jw. mikrometrem wewnętrznym szczękowym. - Zmierzyć średnice z użyciem klinów pomiarowych; zsunąć kliny do przylegania w otworze, zewnętrzne zaokrąglone powierzchnie klinów zmierzyć mikrometrem. - Zmierzyć średnice płytkami wzorcowymi długości. Zestawić w uchwycie płytki wraz z wkładkami płasko-walcowymi na wymiar otworu (zmierzony uprzednio mikrometrem szczęko wym) i sprawdzić, jak wchodzi w dany otwór. - Wykonać pomiar średnicy jednego otworu za pośrednictwem kulek; zmierzyć średnice wybranych kulek, zmierzyć wysokość zestawu głębokościomierzem mikrometrycznym. 254
-
Wykonać
pomiar i sprawdzenie otworu średnicówką czujnikową. Wymiar zmierzyć mikrometrem szczękowym, nastawić średnicówkę na ten wymiar, a następnie wykonując ruchy wahadłowe w otworze (rys. VI-17) wyznaczyć odchyłkę (wartość odchyłki odczytywać przy najmniejszym wskazaniu czujnika). Zmieniając oś pomiaru w płaszczyźnie poprzecznej otworu - sprawdzić owalność. Przesuwając miejsce pomiaru wzdłuż osi otworu sprawdzić błędy walcowości otworu (stoż kowość, baryłkowość, siodłowość}. Podać wyniki sprawdzenia yrymiaru oraz wartości owalności i błędów walcowości. Wszystkie wyniki wpisać do karty pomiarowej.
6 Rys.
VI-17. Pomia r
otworu [31]
ś rednicówką czujnikową
Czynności
po zakończeniu. ćwiczenia: pomiarowe i przedmioty pomiaru oczyścić i zakonsera następnie ułożyć w przeznaczonych na nie miejscach.
Przyrządy
wować,
5. Uwagi do sprawozdania: -
Zestawić
wyniki wszystkich pomiarów oraz rozmce wynikami otrzymanymi w poszczególnych pomiarach. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.
między
255
....
Ćwiczenie Vl.3 SPRAWDZANIE PROSTOLINIOWOSCI, PŁASKOSCI I POtOżENIA PtASZCZVZNY
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobami sprawdzania prostoliniowości, płaskości i położenia płaszczyzn, przyswojenie umiejętności posługiwania się
stosowanymi
przyrządami
pomia-
ro\.vymi. 2.
Wyposażenie:
3.
Wiadomości uzupełniające
przedmioty kontrolowane (skrzynka 'traserska, płytka . żeliwna I o wymiarach ok. 80X150 z jedną płasz'c zy7.ną szlifowaną, drugą skrobaną, płytka żeliwna 11 o podobnych wymiarach z jedną płaszczyzną gładko struganą, drugą frezowaną, płyta stalowa o wymiarach ok. 40 X 40 mm z jedną płaszczyzną polerowaną lub gładko szlifowaną) przyrządy pomiarowe płyta do tuszowania MLFa 500X500, 3 podstawki traserskie, poziomnica liniowa o działce elementarnej 0,1/1000, poziomnica liniowa o działce elementarnej 0,02/1000, poziomnica ramowa o działce elementarnej 0,1/1000, kątownik krawędziowy, liniał krawędziowy MLWa-160, szczelinomierz, czujnik zegarowy z podstawką, płasko-równoległa płytka interferencyjna, farba drukarska lub inny tłusty barwnik (np. zawiesina drobnoziarnista błę kitu pruskiego w oleju maszynowym).
Sprawdzenie prost:::>liniowości można wykonać wieloma metodami. Wybór metody zależy od długości sprawdzanej płaszczyzny. Przy dużych długościach stosuje siq np. strunę stalową i lunetę z okularem mikrometrycznym. Przy małych długościach stosuje si ę sprawdzanie „na szczelinę" między liniałem a płaszczyzną sprawdumą. Sprawdzanie takie wykonuje się za pomocą szczelinomierza lub z użyciem tzw. szczeliny wzorcowej. Liniał ustawia się wówczas na dwu zestawach płytek wzorco\vych o takiej samej wysokości. Pod liniał, między te podpory, wsuwa się zestaw pły tek niższy od poprzednich o określoną wartość. Równoczesna obserwacja szczelin na powierzchni sprawdzanej i szczelin „wzorcowych" umożliwia określenie nieliniowości. Mierząc prostolinio256 \
wość płaszczyzn \~' co najmniej trzech kierunkach. mdz na określić jej pł as kość. Równoległość dwu płaszczyzn spra\.\.·dza si ę czu3mkiem zamocowanym w podsia wce. Położenie
poziome lub pionowe płaszczyzny sprawdza się poziomnicą liniową lub ramową. \Vartosć działki elementarnej poziomnicy jest wyrażona w jej oznaczeniu, np. 0,1/1000 oznacza, że jeśli poziomnica zostanie ustawiona na liniale o długości 1000 mm, którego jeden koniec znajduje się o 0,1 mm niżej od drugiego, to wykaże przesunięcie pęcherzyka gazowego o 1 działkę elementarną. Ponieważ długość pęcherzyka powietrznego jest zmienna, przesunięcie odczytuje się na obu końcach pęcherzyka, a z obu odczytów oblicza średnią. Przy stosowaniu poziomnicy z działką elementarną 0,02/ 1000 pomiar jest mozliwy tylko przy: zastoso\vaniu dostaiecznie sztywnego układu. Pomiary wykonuje się na betonowym cokole lub co najmnieJ na sztywnym c lężk im stole ustawionym na posadzce (nigdy na drewnianeJ podłodze) . Przy odczycie nie wolno opierać się na m ierzonym układzie ani ~o dotykać .
farbowania wykonuje s ię nastę powleka się bardzo cienką warstewką farby (może to być farba drukarska, farba do powielaczy lub inny tłusty barwnik). Farbę nakłada się szmatką (nie zostawiającą włókien) i rozprowadza płytką metalową. Tq samą płytką zbiera się nastq~nie nadmiar farby. Po zafarbowaniu płyty wzorcowej układa się na niej płaszczyznę sprawdzaną, którą następnie przesuwa się po płycie w różnych kierunkach. W ten sposób zafarbowaną płaszczyznę sprawdzaną obserwuje s ię za pomocą tzw. kwadratu kontrolnego o wymiarach 25 X 25 mm. Liczba miejsc zafarbowanych mieszczących s1q \V tym kwadracie określa błąd płaskości badanej powierzchni.
Sprawdzanie
płaskości metodą
pująco. Płaszczyznę
wzorcową
Płaszczyzny o duzcj dokładności, a o małych wymiarach sprawdza się metodą interferencji św iatła. Na sprawdzaną płaszczyznę przedmiotu 2 nakłada się szklaną płytkG płasko-równoległą 1 (rys. VI-18) tak, aby między przyległym i płaszczyznami powstał klin powietrzny. Na ::>prawdzanej powierzchni pojawiają się prąż ki interferencyjne. Ciemne prążki są wynikiem zanikania fali 17 -
Pracownia techm c zna dla techn.
257
Rys. VI-18. Powstawanie ciemnych prążków pr7y inteferencji ~wiatła [31]
au
Aq
C"
2 II I I
1'I l I I
,, I I
•r
świetlnej, się
które występuje, gdy odbity pronlleń świetlny spotyka i interferuje z promieniem padającym o fazie przeciwnej (to
znaczy
przesuniętej
o
pół długości
fali
świetlnej
:
)·W khnie po-
wietrznym ciemne prążki interferencyjne powstają tam, gdzie obu płaszczyznami klina jest równa nieparzy-
odległość między
stej przy
wielokrotności ćwiartek długości fali świetlnej
: , 3 ~, 5 ~, 7 ~
prostopadłym
między
kierunku padania światła. Oznacza to, że jednym a drugim prążkiem grubość klina powietrzne-
go' zmienia pomiarze
się
o ;
, gdzie I. -
długość
fali zastosowanego przy
światła.
Wystąpienie klina powietrznego można wywołać przez mimośro dowe naciskanie palcem na płytkę szklaną leżącą na badanej powierzchni. Jeśli powierzchnia ta jest idealnie płaska, prążki są prostoliniowe i równoległe; jeśli powierzchnia nie jest płaska, prążki stanowią linie krzywe (rys. VI-19). Pomiar najlepiej przeprowadzać w miejscu zaciemnionym, przy świetle jednobarwnym (monochromatycznym), np. przy lampie z ciemni fotograficznej.
258
Rys. VI-19. Obra 7.y prążków in terfe rencyjnych: a) b), c) powierzchnie wypowierzchnia plaska z zaokrąglonymi krawędziami, e), f), g) powierzchnie z wklG sloś cią ·wzdłuż linii :c-y [71
pukłe, d)
lin.ie st) ku ty styku (r y s. h.)
AB -
4. Przebieg -
ze
sprawdzan'ł powierzchnią,
A, B -
punk-
ćwiczenia
Sprawdzić
z
płytki łnter(erencyjneJ
stan techniczny
wyposażenia, oczyścić przyrządy
tłuszczu konserwującego.
Wyregulować ustawienie płyty traserskiej za pomocą poziomnicy. Na płycie ustawić poziomnicę 0,1/1000, równolegle do dwóch punktów podparcia na śrubowych podstawkach 1 i 2 (rys. VI-20). Przez pokręcanie śrub dwu podstawek na linii ustawienia poziomnicy doprowadzić powierzchnię do poziomu (poziomnicę należy obracać o 180° dla wyeliminowania jej błę-
Rys. VI-20. Ustawianie do poziomu
•
płyty
259
du systematycznego). Następnie ustawić poziomnicę prostopadle do poprzedniego kierunku. Nic zmiemając ustawienia podstawek 1 i 2, podstawkę 3 pokręcać aż do osiągniqcia zerowego wskazania poziomnicy. Sprawdzić
poziome ustawieme płyty traserskieJ za pomocą poz10mmcy o dokładności 0,02/ 1000. Poziomnicę ustawiać kolejno pośrodku i przy końcach płyty, a wyniki wpisać do karty ćwiczeń.
Na płycie postawić skrzynkę traserską . Do pionowej płaszczy zny przykładać po:i:10mnic~ ramową (w kilku jej miejscach odpowiednio Vv)'branych). Zm i erzyć odchylenie obu płaszczyzn od prostopadłości. Dokonać
-
sprawdzenia
prostopadłości płaszczyz.n kątownikiem
krawędziowym, obserwuj ąc szczelinę
obserwacji Sprawdzić
wpisać
do karty
prostoliniowość
pod
światło,
a wyniki
ćwiczeń.
płytki
Liniał krawędziowy przykładac
liniałem
kr awędziowym. płytki
i obserwować pod światło szczelinę między krawędzią liniału a powierzchnią płytki. Powtórzyć pomiar na powierzchniach obrabianych róznym1 rodzajami obróbki. Przy większych szczelinach spróbować wsunąć w szczelinę jedną z płytek szczelinomierza . Wyniki obserwacji wpisać do karty ćwiczeń. Płaskoś ć płytki o powierzchni struganej i frezowanej sprawdzić, przykładając liniał krawędziowy w kilku miejscach równolegle do jednego boku, naslępnie do drugiego boku oraz do obu prze-
do sprawdzanej
kątnych. Sprawdzić
pr ostoliniowość
płaskość
płytki
czujnikiem. Na płycie traserskiej połozyć sprawdzaną płytkę, obok ustawić podstawkę z zamocowanym czujnikiem, końcówkę pomiarową oprzeć na sprawdzanej powierzchni. Podstawkę czujnika przesuwać równolegle do dłuższego boku płytki. W równych odległościach odczytywać odchyłki na podziałce czujnika. Czujnik prowadzi~ wzdłuż paru równoległych linii przy krawę dziach płytki i pośrociku. (Pr zy przesuwaniu czujnika jego końcówka pomiarowa me powinna zsuwać się poza krawęd ź • mierzonej płytk i) . P omiary wykonać dla powierzchni struga-
260
craz
nej, frezowanej i skrobanej. Wyniki nanieść na odpowiednie punkty rzutu powierzchni płytek. Z pomiaru wyciągnąć wnioski co do płaskości sprawdzanych powierzchni. Sprawdzić płaskość
odcinek płyty pokryć farbą. Sprawdzaną powierzchnię krótkim okrężnym ruchem przesunąć po zafarbowanej płaszczyźnie. Nie stosować docisku i wielokrotnego tarcia. Farbowanie wykonać dla płaszczyzn o różnych rodzajach obróbki. Narysować rozkład i kształt powstałych plam na sprawdzanych płaszczyznach . Określić liczbę plam w kwadracie o boku 25 mm.
„na
farbę". Mały
Określić niepłaskość
powierzchni i:p.etodą interferencyjną. Do stalowej (polerowanej) , przyłożyć płytkę interferencyjną, nacisnąć ją lekko palcem i obserwować kształt powstających prążków oraz kierunek ich przesuwania się. Narysować kształt powstałych prążków, określić miejsca wklęsłe płaszczyzny płytki
i
-
wypukłe.
Oczyścić przyrządy
pomiarowe oraz przedmioty mierzone. Powierzchnie robocze i uchwyty natłuścić wazeliną techniczną. Narzędzia ułożyć w przeznaczonych na nie miejscach.
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić
sunki i -
P odać
wyniki wszystkich pomiarów, wykonać potrzebne ryna nie wyniki pomiarów. własne spostrzeżenia i u wagi o ćwiczeniu. nanieść
/
Cwiczenre Vl.4 POMIARY
KĄTOW
I STO:tKOW
1. Cel ćwiczenia : opanowanie um1ejętnosci posługiwania się ką tomierzem i odczytywania jego wskazań, opanowanie zastosowa-
nia liniału sinusowego, zapoznanie się z metodą pomiaru ków za pośr ednictwem wałeczków i k ulek.
stoż
Z. Wyposażenie: przedmioty mierzone (wałek zakończony stożko
wo lub sprawdzian
stożkowy, stożkowa
tulejka redukcyjna PTPk 261
lub tulejka z otworem stożkowym, płytka stalowa skośnie ścię ta - rys. VI-21), przyrząciy pomiarowe - suwmiarka, płyta pomiarowa MLFa, płyta z kolumną i zaciskiem (rys. VI-22), liniał sinusov.ry, kątomierz uniwersalny, kątomierz optyczny, 2 mikrometry zewnętrzne o zakresach pomiarowych 0725 i 25-7-7-50, głęboko$ciomierz mikrorni;tryczny, komplet płytek wzorcowych klasy 1, komplet pły.tck wzorcowych uzupełniający
4
Rys. VI-21.
Płytka skośnie
I
2
ścięta
- - - - - - - - -->
Rys. VI-22. Płyta pomiarowa z kolumną i zaciskiem l
płyta,
-
2 -
powierzclm ~a
pomiarowa, 3 - kolumna, 4 ramię, 5 zacisk, 6 - śruba do.ciskowa. 7 - korkówka ku-
a
li&ta
MLAd, czujnik zegarowy z podstawką, dnicach od 4 do 8 mm - 2 szt„ kulki dnicach, lupa. 3.
wałeczki łożyskowe łożyskowe
o
o
śre
różnych śre
Wiadomości uzupełniające
Przy pomiarach l<ątów kątomierzem zwrocie uwagę na dobre przyleganie ramion kątomierza do krawędzi przedmiotu (spraw' dzić pod światło). Gdy trudno jest objąć przedmiot ramionam~ kątomierzu, przedmiot należy połozyć na płycie pomiarowej. Stałe ramię kątomierza opiera się na płycie, a ruchome na przedmiocie lrys. VI-23). Łatwiejszy odczyt kąta uzyskuje się przy pomiarze kątomierzem optycznym. 262
I
f (-
L____ _
,
//t
I//' . I
I
1
Rys. VI-23. Pomiar 1 4 -
ramię
główka
stałe,
I
/I
2 -
kątomierzem
/!I/Ili
I
, // 'I
/,/,
uniwersalnym na plycie
ruchome przesuwne, 3 noniusz, 6 i 7 - zaciski
ramię
obrotowa, 5 -
I
tarcza z
podziałką
kątow;;i,
Do seryjnego sprawdzania kątów mniejszych od 45° stosuje się liniał sinusowy. Liniał ustawia się na kąt a, zmierzony uprzednio kątomierzem. Liniał kładzie się na płycie pomiarowej, .ood jeden wałek liniału wstawia się stos płytek'· wzorcowych (rys. VI-24) o wysokości obliczonej z dokładnością do 0,001 mm z wzoru h= = 100 ·sin We wzorze tym 100 jest wartością długości L liniału. Wartość sin a należy wyznaczyć z tablic trygonometrycznych co najmniej pięciocyfrowych. Po ustawieniu liniału sinusm.vego należy na n.im umieścić przedmiot spraw©.zany, a następnie sprawdz1ć równoległość górnej krawędzi przedmiotu do płaszczyzny ~
a.
Rys. VI-24. Ustawienie
liniału
sinusowego [31]
l - liniał, 2 i 2a - wałeczki liniału, 3 wzorcowych, 4 - płyta pomiarowa
stos
płytek
263
płyty. Równoległość tę
wyznacza się za pomocą czujnika (rys. VI-25) umocowanego na podstawce. Każdorazowo należy zmierzyć suwmiarką, na Jakiej długości górnej płaszczyzny przedmiotu odczytano odchyłkę, i zwrócić uwagę, w którym kierunku odchyłka wzrasta (uwaga : nie należy przesuwać końcówki pomiaro-
Rys. VI-25. Spra wdzanie
kąt a
na liniale sinusowym
wej czu jnika poza krawędzie przedmiotu) .. Różnicę ba między kątem ustawienia liniału a rzeczywistym kątem a przedmiotu oblicza się wg wzor u cS
a
w którym:
Ón -
l 3438 -
<5n = -l . 3438
odchyłka
czujnika w mm, skrajnymi położeniami czujnika w mm, współczynnik wynikający z pq:eliczenia radiana na minuty (ba jest wyrażone w minutach odległość między
kątowych).
Pomiar ten w naszym ćwiczeniu stanowi zarazem sprawdzenie dokładności pomiaru kątomierzem. Pomiar stożka zewnętrznego wykonuje się następująco: stożek ustawia się pionowo na podstawce z zacisk.iem (rys. VI-26); po obu stronach jego pobocznicy układa się wałeczki o równycc. 264
Rys. VI-26. P omiar stoż ka za pomocą
A
zewnętrznego
wnłeczków
[7]
I
..l
średnicach dw, a następnie taką samą parę wałeczków opieta na dwóch stosach płytek wwrcowych 9 równych wysokościach h. Po zmierzeniu mikrometrem wymiarów A i B oraz wysokości stoż ka L można obliczyć: zbieżność stożka, kąt pochylenia tworzącej stożka stożka
oraz średnicę wynosi
stożka
na dowolnej
D-d
A-B
L
h
gdzie D i d - odpowiednio duża i mała pochylenia tworzącej speh1ia zależność a
tg2= Zbi-eżność stożka wyraża się
wysokości
x.
Zbjeżność
średnica stożka . Zaś kąt
A-B 2h
zawsze stosunkiem l :Z, gdzie L
Z = D-d Największą średnicę stożka mniejszą zaś obliczyć
D wg wzoru
można
zmierzyć
bezpośrednio ,
!+siny-) cos -
2
265
lub
2dw
d=B---a 1-tg2
Srednica stożka na jego dowolnej wysokości x wynosi I
D -d L
Pomiaru sto~ka wewnętrznego dokonuje• się za pośrednictwem dwu kulek o różnych średnicach (rys. VI-27) z zachowaniem nastGpującej kolejności czynności: de otworu stożkowego włozyć mniejszą kulkę, zmierzyć wymiar B, nastGpnie wyjąć tę kulkę (nie dopuszczając do zakleszozenia się kulki), a do otworu włożyć kulkG wi~kszą o takie] średnicy, aby jej wierzchołek nie wystawał . ponad kra\vędź otworu; za pomocą głębokościomierza mi-
Rys. VI-27. Pomiar stożka wewnętrznego za pomocą kulek [7] · zmierzyć
wymiar A. Z otrzymanych wyników można obliczyć: kąt pochylenia tworzącej stożka, zbieżność stoż ka oraz średnicę stożka na dowolnej wysokości. Kąt pochylenia tworzącej stożka oblicza się wg wzoru krometrycznego
średnice stożka w płaszczyźnie przechodzącej przez środki kulek wyrażone są
266
wzorami
DA
=
d1 a cos2
oraz
d2 D=cos-B
a 2
Zbieżność stożka
D-d L
B-A- d1-d2 2
Dla
wyrażenia zbieżności
stosunkiem 1 :Z oblicza
się
Z wg wzoru
B-A- d 1-d2 2 Z =------DA-DB Największa średnica
otworu
D = DA
stożkowego
wynosi
+(A+~t) . D-zd lub
D--- DA+ (A ' d~) 2 •2 I
4. Przebieg -
a t~2
ćwiczenia
Sprawdzić i oczyścić przyrządy
pomiarowe i przedmioty
mie~~
rzone. -
-
-
Zmierzyć
wszystkie kąty skośnie ściętej płytki stalowej kąto mierzem uniwersalnym oraz kątomierzem optycznym, zmierz":fĆ również kąt pochylenia dwu przeciwległych krawędzi płytki. Wskazania na noniuszu kątowym odczytać przez lupę. Wyniki wpisać do karty pomiaru. Według zmierzonego kąta przeciwległych krawędzi płytki ustawić na płycie liniał sinusowy. Na liniale ustawić mierzoną płytkę tak, aby jej górna krawędź była równoległa do płyty. Czujnikiem z podstawką sprawdzjć tę równoległość, wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Na podstawie odczytanej odchyłki obliczyć odchyłkę kątową i określić jej znak. Zmierzyć stożek zewnętrzny,. W pierwszym rzędzie zmierzyć 267
mikrometrem średnice wałeczków, a stożek zamocować na pły cie z zaciskiem. Złożyć dwa stosy płytek o odpov.riednio dobranej wysokości i zmierzyć mikrometrem (przez wałeczki) oba wymiary A i B (rys. VI-26). Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. ~ Obliczyć zbieżność stożka, kąl pochylenia tworzącej, najmniejszą średnicę stożka. Dokonać pomiaru stożka wewnętrznego. Wybrać i zmierzyć dwie kulki i wkładając je kolejno do otworu stożkowego zmierzyć głębokościomierzem mikrometrycznym ich odległości od krawędzi otworu. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Obliczyć kąt pochylenia tworzącej stożka, zbieżność stożka, największą średnicę gniazda stożkowego. Po zakończeniu ćwiczenia przyrządy pomiarowe oraz przedmioty mierzone oczyścić, zakonserwować i ułożyć je w prl.Qwidzianym dla nich miejscu.
-
-
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić
wyniki pomiarów. Wykonać wymagane obliczenia i podać wyniki. Podać krótką charakterystykę stosowanych metod pomiarów oraz własne spostrzeżenia dotyczące tych metod.
-
Ćwiczenie
Vl.5
POMIARY GWINTOV/
1. Cel
ćwiczenia:
zapoznanie
się
ze sposobami mierzenia gwintów
i posługiwaniem się stosowanymi w tych mi pomiarowymi.
przedmiot mierzony (śruba lub wałek z końców ką gy.rintowaną), przyrządy pomiarowe suwmiarka uniwersalna, komplet wzorców gwintu MWGa, mikrometr do gwintów MMGe, podstawka do mikrometru, projektor pomiarowy z obrotowym ekranem, instrukcja obsługi projektora pomiarowego (za2.
Wyposażenie:
czynnościach narzędzia
268
\
miast projektora
może być użyty
stawką projekcyjną);
3.
mikroskop warsztatowy z przyPN-70/M-02013, PN-70/M-02113.
\;viadomości uzupełniające
•
W gwincie zewnętrznym mierzy się najczęściej (rys. VI-28): średnicę gwintu d, średnicę rdzenia d. 1, średnicę podziałową d 2 , skok gwintu P, kąt zarysu gwintu a (oraz symetrię kąta zarysu). Dla określenia gwmtu metrycznego wystarczy na ogół znajomość średnicy d gwintu i jego skoku P. Średnicę d mierzy się np. za pomocą suwmiarki, skok wyznacza się dobierając odpowiedni szablon ze wzornika i obserwując go pod światło, czy dobrze przylega do sprawdzanego zarysu.
sruba (gwillt zewnęt.rzny) Rys. VI-28. Zarys gwintu metrycznego z wymiarami
Do pomiaru średnicy podziałowej stosuje się specjalny mikrometr do gwintów z wymienionymi końcówkami (rys. VI-29). Parę końcówek oznaczonych odpowiednim nwnerem dobiera się w zależności od skoku gwintu. Końcówkę pryzmatyczną (widełkową) wkłada się w otwór kowadełka, a końcówkę stożkową w otwór we wrzecionie pomiarowym. Uwaga: po każdej wymianie koń cówek mikrometr musi być nastawiony na punkt zerowy. W tym celu bęben mikrometru ustawia się na zero (lub na wymiar oznaczony na wzorcu) i zaciska zacisk pierścieniowy. Następnie ko-
269
a)
Chwyt
Chwyt
--~ ,
rj
~ d)
J2
t:~~-
--·--·-----··ł L
I
Rys. VI-29. Mikrometr do gwintów MMGe: a) widok mikrometru, b) końcówki wymienne, c) gniazdo we wrzecionie, d) wzornik nastawczy [23]
wadełko
przesuwa się wraz z końcówką aż do styku z końcówką stożkową (przy mikrometrach o zakresach pomiarowych powyżej 25 mm - do styku z wstawionym odpowiednim wzorcem nastawczym). Wszystkie wielkości charakteryzujące gwint można mierzyć za pomocą mikroskopu warsztatowego lub projektora pomiarowego (rys. VI-30). Stolik projektora 12 jest"przesuwany śrubami mikrometrycznymi w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. ekranie 7 są wykonane cztery linie krzyekranµ. Noniusz 9 umożli~ia odczyt kątów z dokładnością do 1 minuty. Przedmiot mierzony 13 mocuje się w kłach lub na pryzmie. Projektor umożliwia również sprawdzanie tolerancji gwintu. \V tym przypadku zarys gwintu wraz z polami tolerancji, narysowany w odpowiednim powiększeniu na kalce technicznej, nakłada się na ekran i porównuje z rzeczywistym obrazem gwintu. Do seryjnego sprawdzania gwintów stosuje się sprawdziany. Na
półprzezroczystym
żujące się
270
w
środku
\
Rys. VI-30. Schemat projektora [31]
'
l 6 ·.:_
źródło światła,
ślimak,
Il -
4. Przebieg
-
-
z-
kondensor, 3 - przesłona , 4 - pryzmat, 5 - obiektyw, ekr11m, 8 - pierścień z podZiałką klłtową, s - noniusz, io przegub slimaka, IZ - stolik pomiarowy, 13 - przedmiot mierzony
zwierciadło, 7 -
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu pomiarowego. Oczyścić przyrządy z tłuszczu konserwującego. Mikrometr zamocować w podstawce, sprawdzić działanie oświetlacza w projektorze. Zmierzyć suwmiarką średnicę d gwintu, dobrać wzornik przylegający do gwintu, z wzornika odczytać wartość skoku gwintu. Wyniki zanotować w karcie ćwiczeń. Zmierzyć gwint za pomocą mikrometru. Na podstawie wartości skoku dobrać odpowiedni numer końcówek wymiennych i umieścić je w mikrometrze. Nastawić mikrometr na punkt zerowy. Zmierzyć mikrometrem średnicę podziałową d 2 gwintu. Wynik zanotować w karcie ćwiczeń. Wyniki z obu powyższych pomiarów porównać z normą PN-70/M-02013. Dokonać pomiaru skoku gwmtu za pomocą projektora. Zamo271
•
cować przedmiot z gwintem w kłach stolika. Ustawić podziałk~ kątową
ekranu na położenie zerowe. Ustawić obraz gwintu ni.l ekranie tak, aby wierzchołki gwintu stykały się z poziomą limą ekranu. Ruchem wzdłużnym stolika sprawdzić równoległość osi gwintu do kierunku ruchu stolika. Ruchem wzdłuż nym i poprzecznym stolika ustawić obraz na ekranie tak, aby krawędź gwintu znalazła się w punkcie środkowym ekranu (na przecięciu linii). Odczytać wskazanie na bębnie śruby ruchu wzdłużnego. Ruchem wzdłużnym stolika przesunąć obraz tak, aby pod punktem środkowym znalazła się następna równolegla do poprzedniej krawędź. gwintu. Dokonać drugiego odczytu. Różnica odczytów jest wartością skoku gwintu. -- Dokonać pomiaru kątów gwintu z pomocą projektora pomiarowego. Ustawić na ekranie kTaw~dź gwintu na punkt środ kowy ekranu. Obracając ekran przechylić linię pionową do styczności z krawędzią i odczytać kąt za pomocą noniusza. Przesunąć obraz tak, aby sąsiednia krawędź gwintu znalazła się w punkcie przecięcia siG linii ekranu; obrącaJąc ekran w kierunku przeciwnym doprowadzić do styczności drugą krawędź . Różnica obydwu odczytów 3est wartością kqta a zarysu gwintu. Sprawdzić toleranc3ę wykonania gwintu. Na ekran projektora nałożyć kalkę techniczną i odrysować profil gwintu. Na podstawie normy PN-70/M-02113 narysować na kalce technicznej w odpowiednim powiększeniu zarys teoretyr:zny mierzonego profilu gwintu wraz z tolerancjami (rys. VI-31). Nałożyć na siebie kalki i sprawdzić, jak rzeczywisty profil gwintu mieści się w zaznaczonych tolerancjach. - Przyrządy pomiarowe oczyścić, zakonserwować i ułożyć w przewidzianym dla nich miejscu. Na aparat projekcyjny nałożyć osłonę.
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić
272
wyniki pomiarów w ujęciu tabelarycznym. rysunki sprawdzenia tolerancji. . Podać własne wnioski, uwagi i spostrzeżenia.
Dołączyć
)
\
Rys. VI - 31. Toler a n cja gwintów : a)
wewnętrznych, b) zewnętrznych
Ćwiczenie Vl.6
POMIAR SPRAWDZIANU DO GWINTU
1. Cel ćwiczenia : poznanie konstrukcji sprawdzianu do gwintu, zaznajomienie się z pomiarami gwintu na mikroskopie warsztat owym i me todą trójwałeczkową. Wyposażenie:
przedmiot mierzony (dwugran iczny sprawdzian tłoczkowy do gwintu metrycznego MSBf o średnicy do 20 mm), przyrządy pomiarowe mikroskop warsztatowy z przystawką kłową, mikrometr zewnętrzny MMZc 0-7-25, podstawka do mikrometru MMZm, wieszak do wałeczków MLDm, komplet wałeczków pomiarowych MLDa, PN-70/M-021 30, instrukcja obsługi mikroskopu. 2.
18 -
P ra cownia te chnic zna dla tech n.
273
Wiadomości
I
uzupc-lni.1jc-1ce
Wszystkie charakterystyczne wielkości gwintu moż.na mierzyć za pomocą mikroskopu warsztatowego. Długości w dwu prostopadłych do siebie kierunkach odczytuje się tu na bębnach śrub przesuwających stolik mikroskopu, natomiast wartości mierzonych kątów na obrotowe· tarczy okularu. Na blolik mikroskopu zakłada S1ę urząaz~nie kłowe. :Między kły wstawia się wakk kontrolny. Należy zwrócić uwagę, aby oś kłow wypadła \V połowie poprzee:znego ruchu stolika (zakres przesuwu stolika 25 mm). Po nastawieniu ostrości obrazu pionowym ruchem tubusu mikroskopu nastawia się równoległość osi kłów do ruchu wzdłużnego stolika. Stolik należy ustawić tak, aby punkt środkowy okularu, czyli punkt przecięcia się linii ciągłych (rys. VI-32), ślizgał się po krawędzi wałka kontrolnego przy przyspieszonym posuwie wzdłużnym stolika. p
Rys. VI-32. Linie w okularze mikroskopu warsztatowego [23]
Rys. VI-33. Pomiar skoku gwintu, średnicy podziałowej i kąta profilu
na mikroskopie warsztatowym
.Przy pomiarze skoku gwintu i $rednicy
punkt środkowy okularu nastawia się na krawędź gwintu (rys. VI-33). Pozostałe średnice mierzy się z użyciem poziomej linii okularu, ką ty sprawdza się dostawiając stycznie do profilu gwintu linie okularu krzyżujące się pod kątem 60°; ewentualne odchyłki odczytuje się na podziałce kątowej, obracając tar~zę okularu. Przy pomiarze kąta za pomocą mikroskopu Jedną z linii bkularu (najczę ściej pionową) należy obracając tarczę okularu doprowadzić 274
podziałowej
do styczności z jednym ramieniem kąta i w boc,z nym okularze mikroskopu odczytać wartość kąta z dokładnością do 1 minuty, następnie tę· samą linię doprowadzić do styczności z drugim ramieniem kąta i dokonać drugiego odczytu. Różnica obu odczytów jest wartością mierzonego kąta. Pomiaru
średnicy podziałowej metodą tr ój wałeczkową
dokonuje się następująco. Średnice wałeczków - w zależności od kąta profilu gwintu i jego skoku - dobiera się wg poniższej tablicy. Skok gwintu P mm
0,6 0,75 0,8
I
Ir
1
1,25
Średnica
2
1,75
2,5
0,455
0,620
0,725
3 3,5
I
-·
wałeczka
po miarow ego dw mm
1,5
0,895
1,100
1,350
1,650
2,050
I I
Wałeczki
wiesza się na wieszaku nad mikrometrem zamocowanym w p9dstawce (wysokość zawieszenia musi być taka, aby środkowa pomiarowa część wałeczka znalazła się na wysokości osi pomiaru mikrometrem). Sposób ułożenia wałeczków do pomiaru przedstawia rys. VI-34. Następnie mierzy się wartość M za pomocą mi-· kromeiru. Średnicę podziałową oblicza się wg wzoru d2 = M-dw ·
1 (1+ -.s1na -)+ ~ 2 1
·
ctga
Dla gwintu metrycznego, gdzie 2a 1 =a=60°
We wzorze tym A1 - poprawka ze względu na eliptyczny osiowy przekrój wałeczka, A 2 - poprawka na odkształcenie spowodowane naciskiem pomiarowym. Dalszych poprawek (A3 , A 4 , A 5 ) nie uwzględnia się w ty m ćwi czeniu. Są to poprawki ze względu na błędy skoku, kąta profilu i średnicy wałeczka. Wartości poprawek A1 i A 2 wynoszą
r1
E Rys. VI-3!. P omiar gwintu
A 2 = 0,008 ·
gdzie FP 4. Przebieg
V
[7]
Fa
dP mm
nacisk pomiarowy w N . ćwiczenia
Sprawdzić
-
metodą trójwałeczkową
stan przyrządów pomiarowych, oczyścić przyrządy. Przygotować do pomiaru mikroskop z przystawką kłową. Ustawić mikroskop według uwag zuwartyc~ w wiadomościach uzupełniających. Sprawdzić punkt zerowy mikroskopu. Sprawdzić temperaturę otoczenia. Dokonać pomiaru gwintu mikroskopem. Zamocować sprawdzian w kłach. Posuwem wzdłużnym i poprzecznym ustawić obraz profilu gwintu w okularze. Wykonać pomiar skoku gwintu, średnicy podziałowej, średnicy gwintu, średnicy rdzenia. Sprawdzić kąt profilu gwintu i zmierzyć jego ewentualne odchyłki. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Zmierzyć średnicę podziałową metodą trójwałeczkową. Zamocować mikrometr w podstawce, na mikrometrze zamocować wieszak. Dobrać wałeczki w zależności od skoku mierzonego
276
-
gwintu. Zmi erzyć wartość M (rys. VI-34). \Vyniki wpisać do karty ćwiczeń. Obliczyć średnicę podziałową gwintu z uwzględ nieniem poprawek, przyjmując nacisk pomiarowy 5 N. Porównać wyniki pomiaru za pomocą mikroskopu i metodą trójwałeczkową. Porównać również wyniki z wartościami zawartymi w normach. Rozbroić mikroskop, nakryć go osłoną. Przyrządy do pomiaru oczyścić, zakonserwowa ć i umieścić w przeznaczonym na nie miejscu.
5. Uwagi
wyniki pomiaru w tabelach. Narysować schemat pomiaru gwintu metodą trójwałeczkową (wg rys. VI-34) i nanieść nań zmierzone wartości. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.
Ćwiczenie
Vl.7
POMIARY PROMIENI, tUKOW
KOŁOWYCH
I OWALI
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem łuków i promieni za pomocą promieniom1erzy 1 mikroskopu i projektora.
2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (2 płytki o grubości 1 mrn - jedna kołowa o średnicy 20-7-30 mm, druga owalna o długości maks. 30 mm), narzędzia pomiarowe - mikroskop warsztatowy, projektor, wzorce promieni. 3.
Wiadomości uzupełniające
Mikroskop warsztatowy jest wyposażony w okular rewolwerowy z zarysami łuków (rys. VI-35). Promienie można również mierzyć za pomocą okularu goniometrycznego w ten sposób, że przesuwając stolik nastawia się środkowy punkt okularu kolejno na trzy punkty krzywizny (rys. VI-36a) i odczytuje odpowiadające im
277
Rys. VT-35. Pomiar promienia łu ku z użyciem głowicy profilowej do łuków [4] l - pole widzenia, 2 sprawdzany
-
-
'>
Rys. VI-36. Trójpunktowy pomiar promiema luku na mikroskopie [4]
współrzGdne .
B
p r 7,edmiot
Na podstawie tych wartości oblicza ciwy łuku c oraz długość strzałki S (rys. VI-36b). cza się wg wzoru
o się długość cię
Promień
r obli-
(pomjar ten można rówmez wykonać suwmiarką modułową). Sprawdzanie za pomocą projektora polega na obser wacji pokrywania się zarysu przedmiotu z zarysem wykonanym na rysunku (rys. VI-37). Dokładność sprawdzenia jest zależna głównie od dokładności wykonania rysunku. 4. P rzebieg
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu pomiarowego (o ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela). Dokonać pomiaru łuku za pomocą rewolwerowego okularu mi278
~
B~ i>?'A \8 'A $'i I Rys. Vl-37. Pomiar promienia łuku na projektorze: a) rysunek z zarysami luków, lJ) obraz przedmiotu na ekranie porównywany z rysunkiem (4) obraz przedmiotu, 2 przyciski
1 -
rysunek, 3 -
ekran, 4 -
' kroskopu. Założyć okular rewolwerowy z wzorcami łuków, na stoliku pomiarowym ustawić sprawdzany przedmiot tak, aby najwyższy punkt łuku znajdował się w środku pola widzenia i przyl!locować przedmiot do stolika. Następnie łuk wzorcowy doprowadzić do pokrycia się z łukiem badanego przedmiotu. Odczytać i zanotować wartość promienia. - Dokonać pomiaru łuku metodą współrzędnych. Przesunięciami stolika zmierzyć długość cięciwy (posuwem wzdłuznym) oraz wysokość strzałki (posuwem poprzecznym). Obliczyć promień łuku. Dokonać
-
-
sprawdzenia łu~u na projektorze. Umocować na projektorze rysunek w odpowiednim powiększeniu (z ew. oznaczeniem pola tolerancji), ustawić sprawdzany przedmiot na stoliku projektora i doprowadzić zarys sprawdzanego przedmiotu do pokrycia się z zarysem ~ rysunku sprawdzając, czy dany przedmiot Jest wykonany w określonej tolerancji. Określić wartość promienia za pomocą promieniomierza. Wzorzec promienia dobrać tak, aby między zarysami nie wystę powąła szczelina świetlna. Pomiar wykonać dla wszystkich pronueni. Wyniki pomiarów wpisać do karty ćwiczeń. Narzędzia pomiarowe i modele starannie oczyścić, zakonserwować i ułożyć w przewidzianym dla nich mieJscu. 279
5. Uwagi do sprawozdania:
Wyniki pomiarow ująć w tabelach. uwagi, wnioski i spostrzeżenia na temat metod pomiarowych.
Podać własne
tĆwiczenie
Vl.8
POMIARY KOt
1. Cel
ZĘBATYCH
ćwiczenia:
koła zębatego
zapoznanie z metodami wyznaczania p arametrów w celu wykonania takiego samego nowego koła.
I
,
2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (dwa koła zębate walcowe o zębach prostych - jedno z zębami normalnymi zerowymi, drugie z zębami korygowanymi), przyrządy pomiarowe: suwmiarka unwiersalna, suwmiarka modułowa, mikrometr do kół zębatych 0+25 lub 25-:-50, przyrząd czujnikowy do pomiaru podziałki przyporu - Maaga lub Zeissa, wzorce do nastawiania przyrządu czujnikowego, lupa, instrukcja obsłu gi przyrządu czujnikowego. 3.
Wiadomości uzupełniające
Nalezy
przypomnieć
zębatych,
a w
sobie z
części
maszyn
wiadomości
o
kołach
szczególności pojęcia : podziałka, moduł, koło
zakorekcja P-0,
sadnicze, ewolwenta, kąt przyporu, wysokość zęba, oraz P, średnica podziałowa, wierzchołków zębów, den (rys. VI-38). W kolach zębatych walcowych o zębach prostych obwód ' działowego wynosi
wrębów koła
po-
n·d=z· t 0 gdzie: d z to -
280
średnica koła podziałowego,
liczba
zębów,
podziałka
obwodowa;
podziałka
obwodowa wynosi
Rys. Vl-38.
Zęby
ł~l zębatego
(17]
ko-
Podziałka
moduł .
t 0 =m·n, gdziem -
Stosuje
się n astępujące moduły
nomina(na
znormalizowane:
l; 1,25; 1,5; 1,75: 2; 2.25: 2,5; 2,75 ; 3 :
(~~.25);
3,5 ; (3,75); 4 , (4,25);
4,5; 5; 5,5; 6; (6,5): 7; 8. Liczby wygrubione dotyczą modułów uprzyw1le jowanych; w nawiasach podano wartości wyjątkowo dopuszczalne. Wysokość zęba
h=ha +hf
gdzie: h 0 - wysckość głowy zęba, h 1 - wyso kość stopy zęba Pod względ em wysokości zęby mogą być normalne (y= 1), msk1e (y < 1) lub wysok1e (y > 1), gdzie y j est współczy nmkiem wysokości zęba. Wzór na wysokość zęba przyjmuje więc postać
h=2·y·m -l- c w której c Odróżniamy
luz wierzchołkowy; zwykle wynosi on c=0,2 · m. zęby zerowe (ht- ha=c), zęby korygowane (h 1 -ha=I=
-=/=c) oraz zęby dzikie
Dla Dla Dla
zębów
zerowych ha=-y·m; h;= y·m +c, zębów korygowanych hak= (y-f-x) ·m ; hfrc= (y-x)·m+ c. zębów dzikich had=(y+x -k)·m; h ra.= hil•· gdzie x - współczynnik "korekcji (przesunięcia zarysu) Srednice w kole zębatym : - podziałowa d =z· m - wierzchołkowa da= d + 2 ha - dna wrębów di=d-2 h 1 - koła zasadniczego dz=d ·cos a0
281
gdzie a 0 - kąt przyporu (kąt zarysu zęba); znormalizowany nominalny kąt zar ysu wynosi a 0 =20° (w starszych konstrukcjach spotyka się aó= 15°; można również spotkać a0 = 14°30'; 17°30' 20°30'; 25°; 30°). zasadnicza tz jest odmierzana na obwodzie koła zasadniczego, podziałka przyporu tp - na stycznej do koła zasadniczego (rys. VI-39). Podziałka
Rys.
VI-39.
Podziałka
przyporu tptl 7) Ws tępne
sprawdzanie koła zębatego polega na oględzinach stanu powierzchni zębów. Stwierdza się, czy są uszkodzenia; można również na podstawie oględzin określić sposób wykonczenia powierzchni zębów, a na podstawie kształtu zębów - stwierdzić, czy są to zęby zerowe czy korygowane, normalne czy wysokie lubniskie. Dla wyznaczenia modułu wystarczy znać liczbę zębów oraz wartości średnic dna wrębów i wierzchołkową. Gdy liczba zębów jest nieparzysta, średnice te wyznacza się pośrednio, tj. zmierzony wymiar od wierzchołka zęba (lub od dna wrębu do powierzchni otworu) mnoży się przez 2 i dodaje średnicę otworu. Zakładaj4c, że zęby są normalne i zerowe, moduł oblicza się wg wzoru
Wynik powimen być bliski war tości Wysokość zęba oblicza się wg wzoru
sprawdzając równocześnie zależność
282
modułu
h=2,2 m.
znormalizowanego-.
Gdy wartość wyliczon0.go modułu odbiega od wartości znormalizowanej, świadczy to o tym, że zęby są korygowane lub nienormalne. Gdy h zmierzone różni się od h "vyliczonego, świadczy to o tym, że zęby są nienormalne. nieno;r-rnalnych przypuszczalną średnicę podziałową można określić na połowie wysokości zębów; moduł oblicza się wówczas wg wzoru
Przy
zębach
d11 I dt rn = - 2 · (z-0,2)
dla c - 0,2 · m
·(wzór nieistotny dla zębów korygowanych). Przy zębach korygowanych m oblicza się wg wzoru da m = z+ 2
Przy korekcji dodatniej przy korekcji ujemnej -
wyliczoną wartość zaokrągla się
w
\"..'
dół,
górę.
Dla wyznaczenia kąta przyporu dokonuje si~ pomiaru podział ki przyporu tp. Pomiar przeprowadza się mikrometrem talerzykowym MMSw przez n zębów. Liczbę n wyznacza się z tablic VI-1 i VI-2. Dokonuje się dwóch pomiarów (rys. VI-40), przez n zę-
Rys. VI-40. Pomiar podział ki przyporu mikrometrem talerzykowym [17]
bów W n, przez n+ 1 zębów W n+ 1 • nicą tych dwóch pomiarów
Kąt
Podziałka
przyporu jest
róż
przyporu cosa
283
T a b 1i c a Długość
pomiarowa W przy pomiarze grubości metod<\ przez kilka zębów dla m=l i a=l5°
z
n
12
2
13 14 15
16 1'T 18
19 20 21 22
23 24
I
w 4,6231 4,6290 4,6350 4,6409 4,6499 4,6528 4,6587 4,6647 4,6709 4,6766 4,6825 4,6884 4,6944
w
I
49 50 51 52 53 54
25 26'
3
27 28 29 30 31
32 33 34 35 36
37 38 39 40 41
4
7,7349 7,7408 7,7467 7,7527 7,7586 7,7646 7,7705 7,7764 7,7824 7,7883 7,7943 7,8002 10,8407 10,8466 10,8526 10,8585 10,8645
4
42 43 44 45 46 47 48
55
5
I
56 57 58 69 60
I
I
61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
72
6
VI-1
zęba
10,8704 10,8763 ] 0,8823 10,8882 10,8942 10,9001 10,9060 13,9!65 13,9525 13,9584 13,9643 13.9703 13,9762 13,9822 13,9881 13,9940 14,0000 14,0059 14,0119 17,0523 17,0583 17,0642 17,0702 17,0761 17,0820 17,0880 17,0939 17,0999 17,1058 17,1117 17,1177
Jl
I
z 73 74 75 76 77 78
n
I 7
20,1582 20,1641 20,1701 20,1760 20,1819 20,1879 20,1938 20,1998 20,2057 20,2116 20,2176 20,2235
8
23,2640 23,2699 23,2769 23,2818 23,2878 23,2937 23,2996 23,3056 23,3115 23,3175 23,3234 23,3292
9
26,3698 26,3758 26,3817 26,3876
79
80 81 82 83 84 85 86
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100
w
Do sprawdzenia równomierności podziałki przyporu można użyc specjalnego przyrządu czujnikowego Ma agą (rys. VI-41) lub C. Zeissa (rys. VI-42). Szczęki przyrządu n ależy nastawić na wartość teoretyczną (wzorcem lub płytkam i wzorcovvymi) 284
T a b 1 i c a VI-2 Długość
pomiarowa W przy pomiarze grubości zęba metodą przez kilka zębów dla. m=l i a=20°
z 9 10
I
n
I
4,5542 f,6683 4,6623 4,5963 4,6103 4,6243 4,6383 4,6623 4,6663 4,6803
2
11 12 13 14 16 16 17 18 19 20 21 23 24 26
26 27
10,7246 10,7386 10,7528 10,7666 10,7806 10,7916 10,8086 10,8226 10,8367
4
SO 31
32
I I I I
I
33 34 35 36 37
38 39
5
li I
I I I
I
13,8028 13,3168 13,8308
z
In I
w
40 41 42 43 , 44 45
5
13,8117 13,8588 13,8728 13,8866 13,90C8 13,9148
46 47
6
16,8810 16,8960 16,9090 16,9230 16,9370 16,9510 16,9650 16,9790 16,9930
48 49 50 51 52 53 54
7,6464 7,6604 7,6744 7,6884 7,7025 7,7165 7,7305 7,7445 7,7585
3
22
28 29
w
56
7
19,9591 19,9732 19,9872 20,001 2 20,0152 20,0292 20,0432 20,0572 20,0712
56 57 58 59 60 61 62 63
I
I
I I
I
64 65 66 67 68 69 70
23,0373 23,0513 23,0653 23,0793 23,0933 23,1074 23,1214
8
tp= t 0
•
li
z
I
In 8
71
72 73 74 75 76 77 78
9
79 80 81
I
I
w 23,1364 23,1494 26,1155 26,1295 26,1435 26,1575 ·, 6,1715 26,1855 26,1995 26,2136 26,2275
I
I
82
10
29,1937 29,2071 29,2217 29,2357 29,2497 29,2637 29,2777 ' 29,2917 29,3057
11
32,2719 32,2859 32,2999 32,3149 32,32'79 32,3419 32,3559 32,369!) 32,3839 35,3500
83 84
I I
85 86 87
I
88 89 90
!
91 92 93 94 95 96
97 98 99 100
I 12
I
I I
I
COS
P?działkę tę
sprawdza się co kilka zębów. Przy pomiarze suwmiarką modułową (rys. VI-43) należy określić
285
Rys. VJ-41. Przyrząd czujnikowy Mdaga do pomia ru ki przyporu [17] 1 -
szczęka stała,
2 -
szczęka
pomiarowa, 3 -
szczęka
podział
nastawna
pomocnicza
Rys. VI-42. Pomiar podziałki przyporu za pomocą urządzenia pomiarowego wchodzącego w :ikład uniwersalnego przyrządu do pomiaru kół z<;batych [17] l
-
s-icz~ka
:szczęka
stała,
2
-
pomiarowa,
~
-
czujnik, 4 -
wysokość
koło
zębate
hp, na jakiej dokonywać się będzie pomiaru grubości s. hp jest większa od ha, gdyż ząb mierzony jest na cię ciwie wspierającej się na kole podziałowym. Przy pomiarze zębów normalnych zerowych korzysta się z tab. Vl-3. Wartości z tej tablicy (hp i s) należy pomnożyć przez moduł m. Dla zębów zerowych nienormalnych wartość s nie zmienia się, zmienia się natomiast hp. Dla zębów wysokich hpw=[h t-(y-l)]·m, dla zę bów niskich hpn=[h-(l-y)]·m. Wysokość
286
Hys. VI-43. Pomiar grubości zęba suwmiarką modułov.·ą [17] wysuwka, :? - suwai. wysuwki, 3 - szczc;ka stała, 4 szczęka przes:.i\i:na, 5 urządzenie do dokładnego ustawienia szczęki przesuwnej
1 -
korygowanych nienormulnych grubość zęba w kole podziałowym (mierzoną po łuku) obhcza się wg \\·zoru
Dla
zębów
i,,-= (; t 2x · tgrL 0) · m Vlysokość głowy
ZGba korygowanego (rys. Vl-44) wynosi hak.
Rys. VI-44.
0
Grubo:.'.>ć zęba
(y+x)·m
[17)
287
T a b li c a VI -3 Grubość zęb1'1w
z
i w~ sokości pomiarowe dla. m =l
s
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2S 24 25
1,5643 1,5664 1,5663 1,5669 1,5674 1,5679 1,5682 1,5685 1,5688 1,5690 1,5692 l,!J693 1,5694. 1,5695 1,5696 1,5697 1,5697 1,5698 1,5699 1,5700
26 27 28 29
hp
1,0615 1,0559 1,0513 1,04'73 1,0441 1,0411 1,0385 1,0363 1,0342 1,0324 1,0308 1,0293 1,0281 1,0269 1,0257 1,0248 1,0237 1,0228 1,0221 1,0212
z
Il
s
-I
30 32
1,5700 1,6701 1,5702 1,5702 1,5703 1,5703 1,5704 1,15704 1,5704 1,5704 1,5705 1,5706 1,5707 1,5707 1,6708 1,5708 1,5708 1,5708 1,5708 1,5708 l,5708
34
35 36 38
40 42 44 45
46
I
48 50 56 60 70 80 97 127 135
hp
1,0206 1,0192 1,0182 1,0176 1,0171 1,0162 1,0154 1,0146 1,0141 1,0137 1,0134 1,0128 1,0123 1,0112 I,0103 1,0088 1,0077 1,0064 1,0063 1,0045 1,0000
2
d Wysokość pomiarowa hpk =hak +4 Grubość
p omtarowa (wzór uproszczony)
4. Przebieg
-
-
·
( 2 sk )
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu pomiarowego (o usterkach zameldowac prowadzącemu ćwiczenia) . Oczyścić przyrządy i przedmioty mierzone. Przeprowadzić wstępne oględziny kół zQbatych (zaobserwować ewentualne uszkodzenia, określic kształt zębów). Określić wysokość ze bo'ł. (normalne, nienormalne). Stwierd~ić, czy zęby
288
są
-
zerowe czy korygowane, z korekcją dodalmą (wąskie zaostrzone wierzchołki) czy ujemną (wąskie stopy zębów) . Wyznaczyć wymiary zębów. Policzyć liczbę zębów sprawdzanych kół zębatych, zmierzyć średnice wierzchołków i średnice den
wrębów, obliczyć wysokość zębów
znaczyć moduły
(d=z·m),
kół zębatych,
obliczyć wysokości głów zębów
obliczyć współczynnik
korygowanych
obwodową
korekcji
da.~dt
obliczyć średnice
. wspo.ł czynm.k wysok osc1 . . . o bl iczyc
zębów
(h =
zę
d0 ~d
)'
(y =
(przesunięcia
(x= ha 2~· m),
podziałowe
(ha=
ba
). wy-
h-0,2m ) m 2 zarysu zęba) dla
obliczyć podziałkę
(t 0 =m·n).
Pomiary i wyniki wpisać do karty ćwiczeń Wymaczyć kąt przyporu. Określić liczbę zębów do pomiaru mikrometrem talerzykowym (tabl. VI-1 lub VI-2), dokonać pomiaru mikrometrem wartości W n i W n+t, obliczyć podziałkę
przyporu t 0 = W n+i - W n oraz okrąglić
-
do
kąt
przyporu (cosa
:: )· Za-
wartości
znormalizowanej. Zmierzyć równomierność podziałki przyporu. Nastawić szczękl pomiarowe przyrządu czujnikowego (rys. VI-41, VI-42) na wartość teoretyGzną podziałki przyporu obliczoną z wzoru
(dla a 0 = 15? dla a 0 =20°
·cos a 0 =3,034 545. n·cos a 0 =2,952 131). n
-
pomiaru w kilku miejscach na obwodzie koła tego, a odczytane odchyłki wpisać do karty ćwiczeń .
-
Dokonać
19 -
Dokonać
zęba
pomiaru grubości zęba . Obliczyć wysokość pomiarową hp na podstawie tablicy VI-3 lub wzorów, na obliczoną wysokość nastawić wysuwkę suwmiarki modułowej, zmierzyć grubość zęba, zmierzoną wartość porównać z wartością teoretyczną, obliczoną z wzorów lub zaczerpniętą z tablicy. Pomiary Pracownia techniczna dla techn.
289
wykonać
karty
w kilku miejscach
koła
zGbatego, a wyniki
wpisać
do
ćwiczeń.
Sprzęt
pomiarowy oczyścić, . znaczonym dlań miejscu.
zakonserwować
i
ułożyć
w prze-
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić
wyniki pomiarów oraz wszystkie obliczenia z podaniem stosowanych wzorów. Wykonać rysunek przekroju osiowego mierzonych kół zęba tych z naniesieniem zmierzonych i obliczonych parametróJI. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.
-
Cwiczenie Vl.9 POMIARY DOKŁADNOSCI KOl ZĘBATYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie nania koła zębatego.
się
z pomiarami
dokładności
wyko-
2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (koło zębate walcowe o zę bach prostych szlifowanych), przyrządy pomiarowe - suwmiarka uniwersalna, mikrometr do kół zębatych MMSw o zakresie pomiarowym 0+25 mm lub 25+50 mm albo mikrometr czujnikowy Zeissa z końcówkami talerzykowymi, przyrząd kłowy MRSb, czujnik zegarowy z podstawką, wałeczki pomiarowe (łożyskowe), trzpień tokarski, przyrządy czujnikowe Mahra lub Maaga do pomiaru podziałki obwodowej, przyrząd do sprawdzania obustronnej współpracy zębów, ewolwentomierz uniwersalny, koło wzorcowe dostosowane do sprawdzanego, instrukcje obsługi przyrzą dów. 3.
Wiadomości uzupełniające
Przy stosowaniu coraz to wyższych prędkości obwodowych kół zębatych wzrastają wymagania dotyczące ich dokładności. Błędy wykonania powodują bowiem drgania kół zębatych w czasie pracy.
290
Koła
zGbatc wykonywane są w 12 klasach dokładności. Stosowanie odpowiedniej klasy dokładności jest zależne od prędkości obwodowej koła w pracy (rys. VI-45 ). Przy sprawdzaniu dokład ności kół zębatych mierzy się zmiany w grubościach zębów, bicie promieniowe uzębienia względem osi obrotu, nierównomierność podziałki obwodowej, dokładność kształtu ewolwentowego zarysu zębów, równomierność współpracy z kołem wzorcowym.
~
<5
lfS
20
-...,
·~
30
m/s
~
&'."
o~
m/s
I
Rys. VI-45. Klasy dokładności kół w zależności od prędkości obwodowej koła (23]
Rys. VI-46. Pomiar przez k
zębatych
zębów
mikrometrem talerzy-
kowym
I
Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy przypomnieć sobie z części maszyn podstawowe wiadomości o kołach zębatych oraz zaznajomić się z u wagami do ćwiczenia VI.8. Pomiar przez k zę bów mikrometrem talerzykowym (rys. VI-46) jest pospolicie stosowany przy sprawdzaniu kół zębatych. Łączy bowiem pomiar grubośc i zębów oraz równomierności podziałki obwodowej. Liczbę zębów obj ętych pomiarem można wyznaczyć wg tablic VI-1 VI-2 (dla zębów zerowych) lub wyliczyć wg wzoru
k=z ·
ao
1so + o,s
z -
liczba zębów koła sprawdzanego, ao kąt zarysu podziałowy. ('Wynik zaokrągla się do całości). Dla zębów korygowanych i dowolnego kąta przyporu wyznacza się wg wzoru
w którym:
liczbę tę
291
1· [ k =n
V(
z+ 2x )2 cosa o
. z 2 -z · mva-2x · tga o
o
] +o5
korekcji zaTysu zęba, funkcja, której wartość wyznacza tabl. VI-4.
t
współczynnik
w którym: x inv ao -
się
wg
Ta b lic a VI-4 Wartość
inv a
ao
inv a = tg a- a
14°30 15° 1'7°30 20° 22°30 25°
0,005 545 0,006150 0,009 866 0,014 904 0,021 514 0,029 975 0,053 751
30 °
Wi elkość mierzoną
wyznacza
się
wg wzoru
W=m 0 ·cos a0 • [(k- 0,5)n+z•inv a 0 ]+ 2x·rnó·sin a 0 Dla zębów zerowych (x= O) odpada ostatni człon wzoru. Współ czynnik wysokości zęba y nie wpływa na zmianę k i W. Pomiaru bicia uzębienia dokonuje się czujnikiem zegarowym na przyrządzie kłowym (rys. VI-4 7). Ważną rzeczą jest dobór odpowiedniej średnicy wałeczka dk, wkładanego w poszczególne wr ę by. Średn ica największa
m · n · cosa 2
0
średnica na jm nie jsza
· cosao - 2x · m o · sinao 292
. .
Rys. Vl-47. Pomiar bicia promieniowego uzębienia [17] podStawa, 2 - urządzenie klowe, 3 - trzpień tokarski. f. - koło sprawdZane, 5 - wałeczek pomiarowy, 6 czujnik ze1arowy, 7 - tarcza czuj1 -
nika
Przyrządy
rzujnjkowe do pomiaru podziałki obwodowej są wyposażone w dwie pomocnicze końcówki wspornikowe, które opiera się albo na dnach wrębów (przyrząd czujnikowy C. Mahra rys. VI-48a), albo na wierzchołkach zębów (przyrząd czujniko~ Maaga - rys. VI-48b). Jeżeli pomiar dotyczy tylko odchyłek podziałki obwodowej, a nie jej wartości, nie jest konieczne nastawianie przyrządu ściśle na wymiar podziałki. w większości przyrządów do sprawdzania ewolwenty - oprócz koła zębatego mierwnego trzeba również założyć na przyrząd
Rys. VI-48. Pomiar równomiernoś ci podziałki obwodowej: a) czujnikowym Mahra, bJ przyrządem czujnikowym Maaga [17) 1 -
końcówka stała , 2 -
końcówki
końcówka
poml.arowa, 3 -
końcówka
przyrządem
pomocnlcza, 4 -
wspornikowe
293
krążek
o średnicy równej średnicy koła zasadniczego mierzonego koła . W ewolwentomierzach uniwersalnych (rys. VI-49) nie ma takiej konieczności. Przez poprzeczne przesunięcie sanek promieniowych n można nasta wić dowolny promień koła zasadniczego
10
14
7
8
Rys. VI-49. Ewolwentomierz uniwersalny [7] listwa przesuwna z zamocowanymi taśmami stalowymi, 2 - prowadnice SJJpor tu stycznego 9, osadzone na saniach promieniowych 13, 3 - segment obracany napiętymi taśmami stalowymi, 4, s oś obrotu prowadnicy 8, w której ptteauwa się cliwignia 7, 6 oś obrotu dźwigni 7, 9 suport styczny z aparatem pomtaroWJIJł, przesuwany dźwignią 7, 10 końcówka p omiarowa, Il kółko ręane przesuwaj~ce listwę 1, l2 korba przesuwu sań promieniowych, 13 - sanie f)romienlowe, 14 - prowadnice sań promieniowych, 15 - przymiar z podziałk1 do nastawiania aali promieniowych 13, c - środek obrotu sprawd:zanego kola i segmentu 3, rg prełD.leń lł'oła :z.a.sadniczego w kole sprawdzanym, Rn promień secmentu 3, S lkok suportu stycznego 9, Sn - skok listv;y l J -
294
4
z dokładnością 0,001 mm. W ewolwentomierzach uniwersalnych na czujniku można bezpośrednio odczytywać odchyłki ewolwenty; przyrząd umożliwia też otrzymanie wykresu mierzonych odchyłek w powiększeniu 500:1. Przez przesuwanie listwy 1 w kierunku wzdłużnym napięte taśmy stalowe powodują obrót sprawdzanego koła, a dźwignia 7 przesuwa trzpień czujnika wzdłuż odtaczanej stycznej koła zasadniczego. Wypadkową tych ruchów jest ślizganie się końcówki czujnika wzdłuż powierzchni roboczej zęba.
Dokładność
koła ząbatego można sprawdzić przez badanie odpowiedniego przyrządu - współpracy z kołem zęba tym wzorcowym. Na wspólnym wałku zamocowane są: wzorcowe koło zębate i krqżek o średnicy równej średnicy podziałowej koła wzorcowego. N a drugim wałku są osadzone współśrodkowo: koło zębate sprawdzane i drugi krążek o średnicy równej średnicy podziałowej koła sprawdzanego, dociśnięty obwodem do pierwszego krążka. Obracając pierwszy wał,~k, porównuje się płynność ruchu obrotowego drugiego krążka i sprawdzanego koła. Przy sprawdzaniu otrzymuje się wykres kołowy, na podstawie którego doświadczony pracownik może określić przyczyny i rodzaje błędów.
z
użyciem
4. Przebieg ćwiczenia Sprawdzić
pomiarowego. Przyrządy pomiarowe oczyścić. Sprawdzić temperaturę otoczenia. Ustalić zasadnicze parametry mierzonego koła zębatego: z, m, ao, x, y. Dokonać pomiaru koła zębatego mikrometrem talerzykowym. Sprawdzić punkt zerowy mikrometru. Wyznaczyć liczbę k zę bów, które należy objąć pomiarem. Odpowiednio rozsunąć talerzyki pomiarowe mikrometru, mikrometr nałożyć na zęby mierzonego koła, wykonać pomiar (przy pomiarze poruszać mikrometr lekkim ruchem wahadłowym, aby talerzyki ślizga ły się po powierzchniach roboczych skrajnych zębów). Pomiar wykonać w kilku miejscach na całym obwodzie mierzonego koła. Mierzone wartości porównać z wartością teoretyczną z tabl. VI-1 lub VI-2 albo wyliczoną wg wzoru stan techniczny
sprzętu
W =m 0 ·cos a 0 • [(k-0,5) n+z·inv a 0 ] +2x·m 0 ·sin ao
295
do karty ćwiczeń. Dokonać pomiaru bicia uzębienia. Dobrać odpowiednią śred nicę dk wałeczka pomiarowego. Koło mierzone osadzić na trzpieniu tokarskim i wraz z trzpieniem umieścić w kłach przyrządu kłowego. Ustawić czujnik z podstawką tak, aby trzpień pomiarowy czujnika leżał w płaszczyźnie pionowe j przechodzącej przez oś kół. Wałeczk t pomiarowe wkładać w kolejne Wyniki
wpisać
wręby koła zębatego
czujni.ka. Na każdym wrębie odczytywać największe wychylenie wskazówki czujnika. Biciem promieniowym jest różnica między największym a najmniejszym odczytem czujnika. Wynik.i pomiaru wpisać do karty ćwiczeń. Dokonać pomiaru nierównomierności podziałki obwodowej. N astawić końcówki wspornikowe oraz końcówki pomiarowe przyrządu czujnikowego w trzech miejscach na obwodzie koła. Przestawiając przyrząd co jeden ząb odczytywać kolejne 8dchyłki. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Wykonać wykres wg rys. VI-50. pod
-
obracając koło podprowadzać wałeczek
i
końcówkę pomiarową
-
-
/
/
-~
~
.r
-
,._
,/
-
-
-
- ~- -! I ..... _ "" ,__ !?-.......: -
D
1
1
s
~
1
1
7
8
g
~
NuTTSy kol.ejne
Rys. Vl-50. Wykres
-
n u u w
,__. ,__ I
~
a
"
podliałl!k
nierównomierności podziałki
i-== ±== -
-
-
~
~
M
~
--~ ~ ~
:!':;
~
tl r-
v a a
~
obwodowej [7]
Sprawdzić koło
za pomocą ewolwentom.ierza. Na trzpień ewolwentomierza nałożyć sprawdzane koło zębate. Przesunięciem poprzecznym sanek nastawić promie ń koła zasadniczego.
Doprowadzić trz pień
czujnika do styku z powierzchnją roboczą zęba. Przesuwając sanki w kierunku wzdłużnym odczytać największe odchyłki oraz sporządzić wykres odchyłek . Pomiar powtórzyć w kilku miejscach obwodu sprawdzanego koła . 'Nyniki wpisać do karty ćwiczeń. Z wykresów wyciągnąć wnioski
296
,
..
..: „· •. i
-
-
Sprawdzić współpracę
wzorcowym. Na przyrząd nałożyć koło wzorcowe i koło sprawdzane. Nałożone koła wprowadzić w zazębienie bez luzu międzyzębnego. Obracając koła wykonać wykres współpracy . Opisać wykres i wyciągnąć wnioski. Rozbroić przyrządy pomiarowe, oczyścić je, zakonserwować i umieścić w przeznaczonych na nie miejscach. z
kołem
5. Uwagi do sprawozda?ia:
-
Zestawić
wyniki pomiarów. Wykonać wykres na podstawie pomiaru
nierównomierności
podziałki.
-
Do sprawozdania dołączyć wykres z pomiarów ewolwentomierzem oraz wykres współpracy kół zębatych. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.
Ćwiczenie Vl.10
SPRAWDZANIE
1. Cel
NARZĘDZI
POMIAROWYCH
ćwiczenia:
ności narzędzi
zapoznanie pomiarowych.
się
z metodami sprawdzania
dokład
'
2. Wyposażenie: przyrządy pomiarowe do sprawdzania - suwmiarka uniwersalna, mikrometr zewnętrzny 0725 mrn, czujnik zegarowy, kątownik MKSs 3 szt.; przyrządy pomiarowe kontrolne płytki wzorcowe, wkładki płasko-równoległe MLUd , uchwyt do płytek MLUb-100, liniał krawędziowy MLWa-160, komplet pły tek interferencyjnych, podstawka do czujnika łv1DZe, płyta pomiarowa MLFa, kątownik krawędziowy MKSh, szczelinomierz MW Sb. S.
Wiadomości uzupełniające
Narzędzia
pomiarowe podlegają okresowemu sprawdzaniu. Przede wszystkim należy przeprowadzać oględziny zewnętrzne w celu 297
1.
stwierdzenia, czy na powierzchniach nic ma korozji, skaleczeń, pęknięć, kaleczących zadziorów, śladów uderzeń i nadmiernego zużycia. Narzędzia pomiarowe nie powinny również być namagnesowane. W narzędziach nastawnych trzeba sprawdzać swobodę duchu elementów ruchowym wzdłuż całego zakresu oraz działanie zacisków. Sprawdza się również stan podziałek ich czytelność. Powierzchnie pomiarowe powinny być płaskie; do sprawdzania płaskości można się posłużyć liniałem krawędziowym lub płytkami interferencyjnymi. Przyleganie do siebie płaszczyzn pomiarowych sprawdza się pod światło - większe szczeliny można mierzyć szczelinomierzem. Dokładność wskazań sprawdza się przez mierzenie znanych długości w różnych punktach zakresu pomiarowego narzędzia. Równoległość płaszczyzn pomiarowych (np. w mikrometrze) można sprawdzić przeciągając między nimi lekko natłuszczoną płytkę wzorcową i obserwując ślad starcia tłuszczu. \V mikrometrze sprawdza się zazwyczaj również działa nie sprzęgła oraz sztywność kabłąka. 4. Przebieg
-
-
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu pomiarowego. Wszystkie przyrządy pomiarowe dokładnie oczyścić. Powierzchnie sprawdzanych narzędzi pomiarowych przemyć benzyną. Dokonać sprawdzenia suwmiarki. Przeprowadzić oględziny zewnętrzne. Liniałem krawędziowym sprawdzić prostoliniowość
powierzchni pomiarowych na szczękach suwmiarki. Odchylenia od płaskości nie powinny przekraczać: przy noniuszu 0,1 mm dla klasy I - 0,006 mm, dla klasy II 0,012 mm; przy noniuszu 0,05 mm dla klasy I - 0,003 mm, dla klasy II - 0,006 mm. Równoległość powierzchni pomiarowych sprawdza się pod światło przy całkowitym dosunięciu szczęk do siebie oraz płyt ką wzorcową (na czucie) przy szczękach rozsuniętych. Szczęki do wymiarów wewnętrznych nie powinny wykazywać nadmiernego prześwitu. Dopuszczalny prześwit na szczękach: przy noniuszu 0,1 mm dla klasy I - 0,12 mm, Jta klasy II 0,030 mm; przy noniuszu 0,05 mm dla klasy I - 0,008 mm, dla klasy II - 0,020 mm.
i
298
płaskość
Sprawdzić
wskazanie zerowe. Przy zsuniętych szczękach kreski zerowe podziałki głównej i noniusza powinny pokrywać się. Również ostatnia kreska noniusza powinna pokrywać się z odpowiednią kreską podziałki głównej. Sprawdzenia dokładności wskazań suwmiarki dokonuje się płytkami wzorcowymi o kilku długościach objętych zakresem pomiarowym suwmiarki. Równocześnie sprawdza się sztywność szczęk, obliczając różnicę odczytów przy mierzeniu płyt ki wzorcowej r az przy nasadzie szczęk, drugi raz końcami szczęk . .__ Dokonać sprawdzenia mikrometru. Przeprowadzić oględziny zewnętrzne. Płaskość powierzchni pomiarowej sprawdzić płyt ką interferencyjną. Utworzyć klin powietrzny między powierzchnią pojawiające
płytki się
i
powierzchnią
prążki.
sprawdzaną.
Obserwować
Jeśli
powierzchnia sprawdzana jest płaska, wystąpią na niej prążki prostoliniowe, które przy równoległym ustawieniu obu powierzchni znikną. Gdy powierzchnia nie jest płaska, prążki nie znikają; mają kształt linii krzywych i świadczą o tym, że powierzchnia jest wklęsła lub wyA. gdzie m - liczba prążpukła. Różnica płaskości 11p=m · 2 ków, l - długosć fali światła (dla światła dziennego - białego przyjmuje się 2= 0,0006 mm). Dokładność wskazań mikrometru sprawdzić mierząc kolejne· płytki interferencyjne z kompletu (grubości płytek wynoszą 12,000; 12,120; 12,250 i 12,370 mm). -
Dokonać
sprawdzenia czujnika zegarowego na dokładność· wskazań. Czujnik umocować na podstawce. Trzpień czujnika. ustawić dokładnie pionowo nad górną płaszczyzną podstawki. Mocowanie powinno być sztywne, możliwie na krótkich ramionach. Pod trzpieniem czujnika ustawiać płytki wzorcowe o różnych wysokościach i odczytywać odpowiadające im wskazania czujnika.
- · Dokonać sprawdzenia kątownika. Przeprowadzić oględziny zewnętrzne. Prostoliniowość ramion sprawdzić liniałem krawę dziowym. Sprawdzanie kąta prostego przeprowadzić na trzech kątownikach, zestawiając je kolejno parami na płycie pom1a299
rowej i obserwuiąc pod światło przyleganie ramion pionowych Porównanie przeprowadzić również z kątownikiem wzorcowym (rys. VI-51). Dopuszczalne błędy kątowników zestawić w poniższej tablicy. Odchyłki
Dłuość
ramienia
lOOmm 160mm 250mm 400mm
I
kl. I
I
+ o,003 mm +o,004mm +o,005mm + o,005 mm
Odchyłki mierzy ć płytkami
+o.00'7 mm +o,oosmm -fo,OlOmm + o,Ol3mm
kl. III
+ o,ornmm +o,01smm +o,022mm + o,030mro
wzorcowymi. Wyniki pomiaru wpi-
sać
-
do karty ćwiczeń. Sprzęt pomiarowy oczyścić, widzianym dlań miejscu.
I
kL II
zakonserwować
Rys.
i umieścić w prze-
Vl-51.
kątownika
l -
kątownik ~cowy,
kątownik
płytki
5. Uwagi do sprawozdania: -
Podać
wyniki sprawdzania. Zestawić własne wnioski i spostrzeżenia.
Sprawdzanie
[Sl]
2sprawdzany, 3, 4 -
wzoroowe
Ćwiczenie
Vl.11
POMIAR SPRAWDZIANOW OPTIMETREM
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z obsługą optimetru oraz pomia-
rem sprawdzianów. 2. Wyposażenie: przedmiot mierzony (sprawdzian tłoczkowy dwugraniczny MSBa o średnicy 16-+25 mm), przyrządy pomiarowe optimetr pionowy, komplety płytek wwrcowych MLAa i MLAd, instrukcja obsługi optimetru. · 3.
Wiadomości uzupełniające
Optimetr jest czujnikiem dźwigniowo-optycznym {rys. V!-52). Na krótszym ramieniu znajduje się zwierciadło; dłuższe ramię stanowi promień świetlny. Zewnętrzne światło oświetla okienko z podziałką. Obraz podziałki na płytce 6 (rys. b) przez układ pryzmatów 5 jest rzucany na zwierciadło 2, odbija się od niego i trafia do okularu 9, w którym znajduje się kreska zerowa. Wychylenie zwierciadła 2 powoduje przesunięcie obrazu podziałki w okularze. Działka elementarna podziałki ma wartość 0,001 mm. Zakres pomiarowy wynosi 0,2 mrn, nacisk pomiarowy 2 N. Głowica
_9ptimetru (rys. a) jest umieszczona w ramieniu przesu;•:anym wzdłuż pionowej kolumny. Po zgrubnym nastawieniu optimetru należy głowicę i ramię unieruchomić, dokręcając odpowiednie śruby zaciskowe. Dokładnego ustawienia na wymiar nominalny dokonuje się z użyciem zestawu płytek wzorcowych. Ustawia się je na stoliku i opiera o nie końcówkę pomiarową przyrządu, a następnie, za pomocą drobnozwojnej śruby, na podziałce optimetru ustawia się wskazanie zerowe. Sprawdziany tłoczkowe sprawdza się pod względem wymiarów (średnica i jej tolerancja) oraz błędów kształtu. 4. Przebieg -
ćwiczenia
Sprawdzić zewnętrzny
stan optimetru i płytek wzorcowych (o ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela).
301
b)
c) 4
Przeciw-
wska'żnik ~;c
30
70 Rys. VI-52. Optimetr pionowy: a) widok działka widziana w okularze I - trzpień pomiarowy. 2 obiektyw, 5 - pryzmat, 6 8 -
zwierciadło oświetlaj01ce,
Nastawić
przyrządu,
b) schemat,
c) po-
odchylne, 3 - podpórka zwierciadła, 4 szklaina z podziałką, 7 - pryzmat oświeUa-jólCY, okular, 10 - wymienna końcówka
zwierciadło płytka
9 -
optimetr na zero przy nominalnym wymiarze średni cy sprawdzianu. W tym celu w trzpieniu pomiarowym zamocować końcówkę pryzmatyczną. Ułożyć stos . płytek wzorcowych na wymagany wymiar. W edług tego wymiaru ustawić podziałkę optimetru na wskazanie zerowe i sprawdzić je przez trzykrotne dociśnięcie końcówki pomiarowej do płytek. Odłożyć zestaw płytek. Dokonać pomiaru średnic sprawdzianu. Wskazane jest wyję cie tłoczków sprawdzianu z rękojeści (osadzone na stożek); zapewnia to równowagę tłoczka na stoliku optimetru. Unieść końcówkę pomiarową i pod nią ustawió tłoczek przechodni 302
-
-
sprawdzianu. Zmierzyć w kilku miejscach średnicę, a wynik pomiaru zanotować. Zmierzyć średnicę na obu końcach sprawdzianu, określając w ten sposób jego stożkowość. Wymiary zanotować. Zmierzyć śrcdnicq w jednym przekroju poprzecznym w czterech kierunkach, określając owalność przekroju koło wego. Wyniki zanotować. Dokonać pomiaru graniastości sprawdzianu. Unieść głowicę optimetru do góry, na stoliku optimetru ustawić pryzmę, a na pryzmie sprawdzany tłoczek sprawdzianu. Obracając tłoczek odczytać wychylenia urządzenia odczytowego i zanotować je. Podobne pomiary wykonać dla tłoczka strony nieprzechodniej sprawdzianu. Narzędzia pomiarowe starannie oczyścić, zakonserwować i uło żyć w przewidzianym dla nich miejscu.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
-
W sprawozdaniu z ćwiczenia podać wyniki pomiarów ujęte w tabelach oraz rysunki pomiarów. Zmierzone średnice porównać z polem tolerancji przewidzianym dla sprawdzianu. Podać własne uwagi i spostrzeżenia oraz wnioski.
Ćwiczenie Vł.12 POMIAR
V
CHROPOWATOŚCI
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami badania chropowatości
powierzchni za pomocą wzorców użytkowych, mikroskopu podwójnego i mikroskopu interferencyjnego oraz komparatora optycznego.
2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (płytki stalowe lub żeliw ne - strugane, frezowane, szlifowane, odcinki wałków toczonych), przyrządy pomiarowe wzorce chropowatości typ WG-3, komparator optyczny Baruna lub komparator dwugraniczny, mikros303
kop podwójny Schmaltza-Linnika, mikrointerferometr typ GŁ-2, lupa, normy PN-73/ M-04250, PN-73/ M- 04251 , PN-78/M-04254, instrukcje obsługi aparatów. 3.
Wiadomości uzupełniające
Uzytkowe wzorce chropowatości służą do porównywania powierzchni badanej z powierzchnią wzorcową. Wzorce chropowatosci mają kształt płaski, wypukły lub wklęsły . Posługując się wzorcami można porównać chropowatość wzrokowo lub dotyk owo, przesuwając palcem lub blaszką kolejno po obu powierzch niach. Tego rodzaju ocena chropowatości jest oceną subiektywną, a więc mało dokładną.
Z użyciem wzorów można określić chropowatość w zakresie R 0 od 0,32 do 80 µm. Dokładniejsze wyniki uzyskuje się stosując do sprawdzania chropowatości komparatory optycz.ne, umożliwiające jednoczesną obserwację powierzchni wzorca i powierzchni sprawdzanej (rys. VI-53). Komparator dwugraniczny umożliwia równoczesne porównanie powierzchni sprawdzanej z dwoma wzorcami: o mniejszej i o większej chropowatości.
Mozna również stosować metodę porównawczą za pomocą komparatora pneumatycznego. Metoda ta polega na pomiarze czasu przepływu jednakowej ilości powietrza po powierzchni wzorca i po badanej powierzchni. Opisane przyrządy służą do porównawczej oceny chropowatośc1. Do bezpośredniego wyznaczania ~artości parametrów Ra lub R: służą mikroskopy. Pomiar na mikroskopie Schmaltza (rys. Vl-54) polega na tym, że wiązka promieni świetlnych przechodzi przez obiektyw i pada na badaną powierzchnię pod kątem 45° . Odbijając się od tej powierzchni przechodzi do okularu, gdzie jest widoczny cień odwwrowywanej powierzchni. W okularze (rys. VI-55) obserwuje się chropawa tość R', powiększoną w stosunku do rzeczywistej
wysokości
R
chropowatości
nie rrukroskopu. 304
;
2
. a razy, gdzie
a -
powiększe
Stąd
R = R' ·
J2 V 2a
Interferometr (rys. VI-56) służy do pomiaru mikronierówności o wartościach 0,03+1,5 µm . Największe uzyskiwane powiększenie wynosi 400x. Pomiar jest oparty na zasadzie interferencji światła i może być wykonywany przy świetle dziennym lub jednob arwnym (monochromatycznym). Wysokość mikronierówności określa
4
Rys. Vl-53. Schemat optycznego komparatora Baruna [23)
Rys. VI-54. Schemat podwójnego mikroskopu Schmaltza [23)
źl'ódło światła, 2 pryzmaty, 3 - przesłony, 4 - sprawd.7.any przedmiot, s - okular, 6 - ww1·zec chropowatości
1 -
a)
1 -
źródło światła,
2 -
sprawdzana wierzchnia, 4 - okular słona,
3
-
przepo-
b)
Rys. VI-55. Zasada pomiaru chropowatości na mikroskopie podwójnym: a) bieg promieni świetlnych, b) przekrój powierzchni wiązką światła [23) 20 -
Pracownia techniczna dla techn.
305
~
a)
.._;,,1)_ _ _ _- - r
---------~-'-~~ł
R=O
2)
____,V -<1~1 V-<1~
..... !<"">
3)
R=; ·~
__
,.-__...
-
.. ~
4)
Rys. VI-56. Pomiar chropowatości za pomocą interferometru: a) ugięcie prążków na rysach powierzchni, b) ocena wysokości nie;, równości, wyrażona iloczynem k 2 [23) się
na podstawie
wartości ugięcia
do
odległości między
się
wg wzoru
nimi.
ciemnych
Wysokość
;\
R -= k · -
2
w którym:
A
2
w stosunku mikronierówności R oblicza
P·m
odstęp pomiędzy prążkami,
k -
prążków
µm,
największe ugięcie prążka wyrażone ułamkiem odległości między prążkami .
.t jest długością fali światła użytego do pomiaru. dla światła dziennego J.=0,6 µm. 'J
4. Przebieg
-
Przykładowo
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu pomiarowego i o ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela.
\/-
-
-
I~ -
Przygotować
wzorce chropowatości. Przy.ftotować do pomiaru podwójny mikroskop) oraz komparator. ~ałożyć odpowiednie obiektywy do tubusa oświetlacza i tubusa obserwacyjnego. Ustawić na stoliku badany przedmiot (wałek - w pryzmie). Dosunąć głowicę mikroskopu do badanego przedmiotu i nastawić ostrość widzeni~ Przygotować mikroskop interferencyjny do pomiaru. Ustawić mikroskop na statywie. Wyregulować oświetlenie pola widzenia. Sprawdzić chropowatość badanej powierzchni z użyciem wzorców chropowatości. Dobrać wzorzec i wzrokowo ocenić chropowatość gołym okiem i za pomocą lupy, porównując wzorzec z badan ą powierzchnią. Badaną powierzchnię sprawdzi& dotykowo, przesuwając po niej paznokieć lub cienką blaszkę , to samo powtórzyć dla wzorca. Porównanie wykonać dla powierzchni toczonych, frezowanych, struganych i szlifowanych,. a wyniki zanotować. Sprawdzić chropowatość komparatorem optycznym. Zanotować wyniki wedłu g dobranego wzorca. Zmierzyć chropowatość podwójnym mikroskopem. Linię przerywaną okularu nastawić na wierzchołki mikronierówności; odczytać i zanotować. Wykonać kilka pomiarów mikronierówności, obliczając wysokość mikronierówności jako śirednią otrzymanych wyników. Obliczyć wysokość mikronicrówności wg wzoru
R=R'·Er µm w którym: R' Er -
średnia
arytmetyczna z pomiarów,
wartość
=-=
2
;-) li 2
działki
elementa~nej
bębna
dobrana z tablic w
(Er=
zależności
od
powiększenia
-
obiektywu. · Zmierzyć mikronierówności za pomocą mikroskopu interferencyjnego. Wyregulować mikroskop tak, aby uzyskać ostry obraz prążków na tle badanej powierzchni. Zmienić kierunek i raz.stawienie prążków przez pochylenie i obrót mikroskopu. Na podstawie najwiąkszego ugiącia prążków ·określić wysokość nierówności powierzchni. \iVyniki zanotować. 307
-
Przyrządy wować
pomiarowe rozbroić, starannie oczyścić, zakonseri ułożyć w przewidzianych dla nich miejscach.
5. Uwagi do sprawozdania
-
W sprawozdaniu opisać sprzGt pomiarowy, dokonać charakterystyk badanych powierzchni. Wyniki pomiarów ująć w tabelach oraz podać własne wnioski Badaną chropowatość próbki określić znakiem wg PN-73/M-04251.
Ćwiczenie Vl.13 SPRAWDZANIE NOŻY TOKARSKICH
1. Cel
ćwiczenia:
zapoznanie
się
ze sprawdzaniem
noży
tokarskich.
przedmioty mierzone (2 noże tokarskie NNZa i NNBb lub inne zgrzewane z końcówką roboczą ze stali szybkotnącej i o przekroju trzonka co najmniej 20X20), przyrządy pomiarowe - suwmiarka jednostronna MAJc - 315, kątomierz stolikowy, promieniomierz MWKc 1-7, twardościomierz Rockwella, wzorce chropowatości, lupa, normy noży tokarskich, instrukcja
- 2.
Wyposażenie:
obsługi twardościomierza .
3.
Wiadomości uzupełniające
Nóż
„
tokarski charakteryzują następujące parametry: wymiary trzonka, materiał ostrza, rodzaj noża ze względu na zastosowanie i ukształtowanie części roboczej, ustawienie ostrza względem osi trzonka, wartości kątów części roboczej. Dla scharakteryzowania geometrycznego kształtu noża leżącego na płaszczyźnie poziomej wykonuje się rzuty i przekroje ostrza. Na rys. VI-57 oznaczono literami P z indeksarm - charakterystyczne płaszczyzny, a literami greckimi - charakterystyczne , kąty. Określenia niektórych płaszczyzn (w układzie narzędzia),
308
Rys. VI-57.
Płaszczyzny
i
kąty noża
tok arskiego w
układ zie
na rzę d z i a
przechodzących
przez r ozpatrywany punkt krawędzi skrawającej (PN-76/M-01021): Pr - płaszczyzna podstawowa, równoległa do bazowego elementu narzędzia, prostopadła do k1erunku ruchu głównego, Ps - płaszczyzna krawędzi skrawającej, prostopadła do Pr, Po - płaszczyzna przekroju głównego, prostopadła do Pr i do krawędzi skrawającej, Pp - płaszczyzna tylna, prostopadła do PT i Pt, P1 płaszczyzna boczna, prostopadła do P.,. i prostopadła do powierzchni bocznej narzędzia, Pp płaszczyzna tylna, prostopadła do Pr i P1. Kąty (w układzie narzędzia) :
309
Xr -
'Pr ls -
kąt
przystawienia między Ps a P f • kąt odchylenia między Ps a Pp, I kąt pochylenia krawędzi skrawającej, dodatni lub ujemny (między krawędzią skrawającą
Er -
'J'o,
;'n, /lt, ';'p, ')'g -
{Jo, {Jn, f11, {Jp ao, an, a1, ap, ab -
a Pr),
kąt naroża,
kąty
natarcia
(główny,
normalny, boczny,
tylny, największy), kąty ostrza (główny, normalny, boczny, tylny), kąty przyłożenia (główny, normalny, boczny, tylny, najmniejszy).
h)
Rys. VI-58. 1 -
s-
310
Kątomierz
~
stolikowy: a)+h) kolejne fazy pomiaru [23]
podstawa, 2 - plaszczyzna pomiarowa, 3 - kolumna, 4 kątomierz pomocniczy, 6 kątomierz rzutuj1cy •
kątomierz
obrotowl"',
Geometrę
ostTza charakteryzują głównie kąty. Pomiary wartości tych kątów wykonuje się za pomocą wzorców kątowych lub ką tomierzy o krótkich ramionach pomiarowych (np. uniwersalny ką tomierz stolikowy, kątomierz uchylny MkTe). Pomiary za pomocą kątomierza stolikowego przedstawia rys. VI-58. Dolna płasz czyzna noża powinna być szlifowana, a co najmniej gładko strugana. Sprawdzanie noży tokarskich w czasie eksploatacji ma wykazać, czy na skutek ostrzenia nie została zmieniona geometria ostrzy. Również
zagrzanie przy ostrzeniu może spowodować zmniejszenie twardości ostrza. Próbę twardości należy ·wykonać blisko krawędzi ostrza,,jednak punkt pomiaru l'lależy tak dobrać, aby nacisk wgłębnika (stożek diamentowy) nie powodował przechylenia się noża (można stosować specjalne imadła). Chropowatość powierzchni obrabianej nożem zależy od chropowatości ostrza, głównie zaś powierzchni przyłożenia, powierzchni natarcia oraz pomocniczej powierzchni przyłożenia. Chropowatości te sprawdzamy w wąskim pasie tuż przy krawędzi ostrza. 4:. Przebieg
-
ćwiczenia
Sprawdzić przyrządy
stan techniczny sprzętu pomiarowego. Oczyścić pomiarowe. Sprawdzić obciążniki na twardościo
mierzu. -
-
Sporządzić
szkic sprawdzanych noży. W tym celu należy: - zmierzyć wyrmary zewnętrzne noży, - zmierzyć odpowiednie kąty noża (stosownie do poleceń nauczyciela), - zmierzyć promieniomierzem promień zaokrąglenia wierz• chałka ostrza. Zmierzyć twardość HRC noża w trzech punktach wzdłuż ostrza, jako wynik przyjąć średnią arytmetyczną. Określić z użyciem lupy chropowatość powierzchni przy ostrzu przez dobranie odpowiedniego wzorca chropowatości. Wyniki pomiaru wpisać do karty ćwiczeń. Wyniki porównać z normami. Oczyścić i zakonserwować przyrządy pomiarowe. Nałożyć osło-
311
nę
na twardościomierz. czonym na to miejscu.
Sprzęt
ponuarowy
złożyć w
przezna-
5. Bwagi do sprawozdania: Zestawić
-
wyniki pomiaru. Wykonać rysunki sprawdzanych noży rzone wielkości. Podać własne wnioski i spostrze żema.
-
i
n anieśc
na me zmie-
Ćwiczenie Vl.14 SPRAWDZANIE
1. Cel
N~DZI
ćwiczenia:
DO
OBRćBKI
zapoznanie
2.
Wyposażenie:
3.
Wiadomości uzupełniające
się
OTWOROW
z metodami sprawdzania
wierteł.
przedmiot mierzony (wiertło NWKc z chwytem stożkowym Nr 2 o średnicy 15-7- 22 mm), przyrządy pomiarowe suwmiarka uniwersalna, mikrometr zewnętrzny 0-7- 25, podstawka do mikrometru, przymiar kreskowy giętk i MLPd 250, wałeczki łożyskowe, urządzenie podziałowe, czujnik zegarowy z podstawk~, lupa z pryzmą do wierteł {Zeissa), kątomierz uniwersalny MK1v1b, pryzmy 2 szt. PPSb, wielowymiarowy wzorzec kątowy do wierteł, sprawdzian tulejowy do stożków MSWa, wzorce chropowatości, lupa, twardościomierz Rockwella, instrukcja obsługi twardości omier za.
Wielkościami charakteryzującymi wiertło ,
poza jego średnicą, są oznaczone na rys. VI-59 (PN-76/M-01021) oraz kąt PQchylenia rowka wiórowego względem osi. wiertła, zależny od średni cy wiertła i jego przeznaczenia (dla żeliwa i staliwa kąt ten wynosi 20+30°). Kąt przystawienia "r może być określony przez pomiar kąta wierzchołkowego stożkowego zakończenia wiertła (2xr wynosi dla stali i żeliwa 118°). Kąt przyłożenia a zmienia się, rośnie wzdłuż ostrza w kierunku do osi od 8+14° przy nakąty
312
.
. „,„ :~
Rys. VI-59.
Płaszczyzny
i
kąty
wiertła
w
układzie
narzędz ia
r oz u ostrza do 20-7-25° przy semie. Dla zmmeJszenia tarcia w wierconym otworze wiertła mają średnice zmniejszające ~ię w kierunku chwytu. Grubość rdzenia wiertła przyjmuje się 0,13+ -7-0,25 średnicy w iertła. Dla uzyskania centrycznego prowadzenia w wierconym otworze wiertło ma śrubową pomocniczą powierzchnię przyłożenia. Chropowatość powierzchni przyłożenia głównej (na wierzchołku) oraz pomocniczej (łysinki) powinna wynosić Ra=0,63 µm , zaś powierzchni natarcia (wewnętrznej powierzchni rowka) - R 11 =1,25 µm. Wartość kąta przyłożenia a stanowi o łatwości wchodzenia wiertła
313
Rys. VI-60. Pomiar podziałowym [23] 1 -
kąta przyłożenia
na
urządzeniu
obrotowe wrzeciono z podziałką klltową, 2 3 - suport pomiarowy, 4 - czujnik
bęben
podziałowy,
w
materiał
przy wierceniu. Kąt przyłożenia ostrza wiertła mierzy się z użyciem podzielnicy (rys. VI-60). Chwyt wiertła mocuje się we wrzecionie podzielnicy. Do powierzchni przyłożenia ostrza wiertła, równolegle do osi, przystawia się trzpień pomiarowy czujnika. Przesuwając poprzeczn~e czujnik zmienia się równocześnie wartość średnicy d, na której dokonuje się pomiaru. Obracając wrzeciono podzielnicy o określony kąt v odczytuje się wychylenie H czujnika. Kąt ax w przekroju równoległym do osi oblicza się wg wzoru tgax= zaś kąt
w
360H n ·d · v
płaszczyźnie prostopadłej
do osi -
wg wzoru
tg a=tg ax·sin x Mierząc kąt
różnych średnicach d wzdłuż krawędzi ostrza wykres zmienności tego kąta. Mając wiertło zamocowane we wrzecionie podzielnicy można również zmierzyć czujnikiem bicie promieniowe części roboczej wzglę dem części chwytowej. Pomiar wykonuje się na łysinkach w kilku miejscach wzdłuż długości. Kąt pochylenia rowka wiórowego mierzy się kątomierzem uniwersalnym. Kąty ostrza oraz kąt ścin u • (55 ° ) można sprawdzić wzorcem kąto\vym do wierteł (rys. VI-61).
a na
można wykonać
314
Rys. VI-61. Wielomiarowy przymiar do sprawdzania tła krętego: a) przymiar, b) jego wykorzystanie [23]
4. Przebieg
kątów
ostrza wier-
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu pomiarowego. Oczyścić przyrządy pomiarowe, sprawdzić obciążniki twardościomierza. Zmierzyć na wiertle długość części roboczej (od ścina), długość szyjki, części chwytowej, szerokość łysinki. Grubość rdzenia zmierzyć (przez wałeczki) przy ostrzu i przy chwycie oraz określić jego zbieżność.
Rys. VI-62. Lupa z pryzmą
[7]
315
Zmierzyć
mikrometrem średnice na łysinkach przy ostrzu, pośrodku oraz przy chwycie. Określić zbieżność wiertła . Sprawdzić osiowość położenia ścina specjalną lupą do wierteł (rys. VI-62), kładąc wiertło na pryzmie lupy, a następnie ustawiając ścin raz poziomo, drugi raz pionowo. Obserwować poło żenia ścina względem zbieżnych linii w okularze lupy. Wyniki pomiarów wpisać do karty ćwiczeń. Wykonać szkic, na szkicu umieścić zmierzone wartości. Sprawdzić kąty wiertła. Sprawdzić kąty a, -r, 'i' wzorcem kąto wym. Zmierzyć kąt nachylenia rowka wiórowego kątomierzem uniwersalnym (po ułożeniu wiertła na pryzmie jedno ram ię kątomierza przyłożyć do krawędzi pryzmy, drugie stycznie do krawędzi rowka). Sprawdzić chwyt stożkowy sprawdzianem tulejowym (na czucie), czy sprawdzian przylega do powierzchni chwytu na ca łej długości. Sprawdzić , czy płetwa pokrywa się ze ścięciem sprawdzianu. Dokonać pomiaru kąta przyłożenia za pomocą urządzenia podziałowego i czujnika. Określić chropowatość powierzchni przyłożenia przez porównanie (za pośrednictwem lupy) z odpowiednio dobranym wzorcem chropowatości. Zmierzyć twardość HRC części roboczej wiertła (wiertło poło żyć na pryzmie). Zmierzyć twardość HRB części chwytowej. Przyrządy pomiarowe oczyścić i zakonserwować. Nałożyć osło nę na twardościomierz.
\
5. Uwagi do sprawozdan ia:
-
Zestawić
wyniki pomiarów. Wykonać rysunek wiertła i nanieść nań zmierzone Podać wnioski i własne spostrzeżenia .
wielkości.
Ćwiczenie
Vl.15
SPRAWDZANIE FREZOW
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami sprawdzania fre-
zów. 2. Wyposażenie: przedmiot mierzony (frez tarczowy trzystronny NFTa lub NFTb, albo frez walcowo-czołowy NFCa), przyrządy pomiarowe - suwmiarka uniwersalna, sprawdzian tłoczkowy MSBa, kątomierz uniwersalny, przyrząd kłowy MRSb, czujnik zegarowy z podstawką, trzpień tokarski PTTa, płyta pomiarowa MLFa, kątomierz specjalny Babczynicera lub Nieprina, twardościomierz Rockwella, wzorce chropowatości, lupa, instrukcje obsługi kątomierzy specjalnych i twardościomierza, normy frezów. 3.
Wiadomości uzupełniające
Oględziny zewnętrzne
freza nie powinny
wykazać
na szlifowanych powierzchniach zębów pęknięć , wykruszeń, korozji, przypalenia szlifierskiego. Dopuszcza się niewielkie wyszczerbienia ostrzy, ale nie może ich być więcej niż jedno na każdym ostrzu, przy czym nie mogą one występowa ć na jednym obwodzie w kolejno następujących po sobie ostrzach. Wszystkie krawędzie (poza skrawa jącymi) powinny być przytępione zaokrągleniem lub ści~ ciem. Należy zmierzyć wymiary zewnętrzne freza. Przy nieparzystej liczbie zębów średnicę freza wyznacza się pośrednio: zmierzoną długość od wierzchołka ostrza do tworzącej otworu mnoży się przez 2 i do wyniku dodaje średnicę otworu.
Średnicę
otworu .freza sprawdza się dwugranicznym sprawdzianem tłoczkowym . Wysuwką suwmiarki mierzy się głębokość rowków wiórowych. Kąty natarcia i przyłożenia ostrzy obwodowych mierzy się w płaszczyźnie czołowej frE:za wzornikami lub kąto mierzami specjalnymi. Przy posługiwaniu się wzornikami wzornik kąta przykłada się w płaszczyźnie czołowej freza, opierając go na wierzchołkach ostrza mierzonego i sąsiadującego z nim drugiego ostrza. Kontrolę kąta przeprowadza się na prześwit. Posłu gując s i ę kątomierzem Babczynicera (rys. VI-63) ustawia się go
317
\
Rys. VI-63. Pomiar
kątów
ostrza freza
kątomierzem
Babczynicera [23)
w płaszczyźnie prostopadłej do osi freza, opierając krawędź przesuwnej listwy 1 na ostrzu sąsiadującym z ostrzem mierzonym, a wierzchołek wycięcia płytki pomiarowej 2 i liniał 3 na ostrzu mierzonym. Skręcając przesuwny segment 4 kątomierza tak, aby powierzchnia pomiarowa wysuwnego liniału 3 zetknęła się z płasz czyzną natarcia, odczytuje się kąt natarcia Yc· Odczytu dokonuje się w ten sposób, że jako przeciwwskaźnika używa się działki oznaczonej liczbą równą liczbie ostrzy mierzonego freza. Skrę cając nastqpnic segment kątomierza tak, aby krawędź płytki pomiarowej 2 zetknęła się z płaszczyzną przyłożenia, odczytuje się wg położenia tego samego przeciwwskaźnika kąt przyłożenia ao. Kątomierzem systemu ~ieprina (rys. VI-64) mierzy się równocześnie pod dwiema wskazówkami kąty natarcia i przyłożenia, odczytując je na podziałce głównej wartości kątów. Dla frezów o zębach śrubowych wartości normalnych kątów natarcia i przyłożenia odczytuje siG na jednej z trzech pomocniczych podziałek 12, umieszczonych poniżej podziałki głównej. Przed pomiarem kątomierzem Nieprina ustawia się pałąk tak, aby wskaźnik na jego skali, oznaczony liczbą równą liczbie ostrzy mierzonego freza, pokrył się z przeci wwskaźnikiem o tym oznaczeniu. 318
b) 4
Rys. VI-64. Pomiar rzem Nieprina [23]
kątów
ostrza freza podwójnym
5
kątomie
l - korp us kątomierza, 2 i 3 - końcówki pomiarowe, 4 i 5 · wskazówki, 6 - ruchomy ·lt!abłąk, 7 - liniał przesuwny, 8 - zacisk, 9 tarcza z dwustronną podziałką kątową, 10 - nakładka z po-działką wyrażającą liczbę zębów freza, l1 podziałka kątowa korpusu
Do pomiaru czołowych kątów natarcia i przyłożenia oraz kąta przystawienia stosuje się kątomierz uniwersalny lub kątomierz uchylny MKTe (rys. VI-65). Wskazówka kątomierza uchylnego zawsze ustawia się pionowo, a zatem sprawdzany frez należy zamocować w ~rzyrządzie kołowym lub na poziomej płycie pomiarowej. Kąt pochylenia spirali ostrzy mierzy się kątomierzem uniwersalnym, ustawiając jedno ramię kątomierza na płycie, a drugie stycznie do ostrza.. Sprawdzanie bicia promieniowego i poosiowego frezów przeprowadza się zazwyczaj czujnikiem zegarowym o działce elemen319
\
Rys . VI-65. P omiar
kątomierzem
uchylnym
MKTe (23]
tarnej 0,01 mm. Frez osadzony na trzpieniu mocuje się w kłach pomiarowy czujnika zamocowanego na uniwersalnym statywie dosuwa się do krawędzi skrawającej freza w celu sprawdzenia bicia promieniowego, a następnie us tawia się go na wi erzchołkach ostrzy czołowych w celu sprawdzenia bicia poosiowego. Bicie określa się jako różnicę między największym i najmniejszym wskazaniem czujnika przy jednym obrocie freza. P omiar przeprowadza się kolejno na wszystkich ostrzach. przyrządu kłowego. Trzpień
4. Przebieg
ćwiczenia
Oczyścić sprzęt
-
pomiarowy i
sprawdzić
jego stan techniczny,
sprawdzić obciążniki twardościomierza .
-
Wykonać
-
320
szkic mierzonego freza, zmierzyć wymiary zewnętrz ne freza, sprawdzić sprawdzianem otwór freza , wymiary nanieść na wykonany szkic. Zmierzyć kąty przyłożenia i natarcia ostrzy obwodowych oraz ostrzy czołovvych, zmierzyć kąty przystawienia i ewentualnie kąt pochylenia ostrzy względem osi freza.
Sprawdzić
na pr zyrz ądzie kłowym bicie promtemowe 1 bicie osiowe ostrzy freza . Sprawdzić chropowatość powierzchni przyłożenia 1 powierzchni natarcia zębów przez porównanie (za pośrednictwem lupy) z odpowiednio dobranym wzorcem chropowatości. Dokonać pomiaru twardości HRC na powierzchni przyłożenia . Frez ustawić na pryzmie tak, aby ruch wgłębnika miał kierunek prostopadły do mierzonej powierzchni. Wyniki pomiarów wpisać do karty ćwiczeń. Przyrządy pomiarowe oczyścić i zakonserwowac. Nałożyć 'osło nę na twardościomierz. Sprzęt pomiarowy ułożyć w przewidzianym dlan miejscu.
-
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić Wykonać
wyniki pomiarów 1 porównac Je z normą . rysunek freza i nanieść na rysunek zmierzone wy-
miary. Podać własne
Pytania
-
wnioski i
spostrzeżenia .
sprawdzające
W~rnień możliwe rodzaje błędów wykonania walka. Dlaczego pomiar otworu jest trudniejszy od pomiaru walka? Przeprowadź analizG poznanych metod mierzenia ohvorów pod względem ich użyteczności. Jaka jest różnica między płaskością a prostoliniowością? Na czym polega powstawanie prążków interferencyjnych? Dlaczego do pomiaru stożka stosuje siG metodę pośrednią? Jakie wielkości pomiarowe decydują o dobrej współpracy s tożka zewnętrznego z gniazdem stożkowym? Wymień wielkości pomiarowe gwintu. Które z nich charakteryzują w .> miary gwintu, a które decydują o współpracy śruby z nakrętką ' Jakie parametry należy wyznaczyć w nieznanym kole zębatym? Które wielkości decydują o dokładności koła zębatego? Które narzędzia pomiarowe (i dlaczego) poddaje się okresowemu sprawdzeniu oraz czego to sprawdzanie dotyczy"? Jakie metody i w jakich zakresach ,stosuje się przy sprawdzaniu c hro powatości powierzchni? Jakie znaczenie ma chropowatość powierzchni w budowie maszyn? Jakie kąty występują na ostrzach noży, wierteł i frezów? Które z nich mogą zmienić się w czasie ostrzenia? Jak się te kąty sprawdza?
21 -
Pracownia techniczna dla techn.
321
Rozdział
VII
ĆWICZENIA Z OBRABIAREK I SKRAWANIA METALI
\
WIADOMO~CI WSTĘPNE
Ćwiczenia z tego zakresu mają za zadanje wyrobić pogląd na zja-
wiska zachodzące przy tworzeniu wióra, na wzajemne zależności parametrów skrawania, na aspekty ekonomiczne procesu skrawania. W ocenie ekonomiczności procesu skrawania ważnym czynnikiem jest wydajność obrabiarki oraz wzajęmna zależność szybkości skrawarua i trwałości ostrza narzędzia. Dla określenia warunków P.rocesu skrawania należy wyznaczyć następujące parametry skrawania: liczbę przejść i, głębokość skrawania g, posuw p, szybkość skrawania v oraz prędkość obrotową n. Wydajność jest bardzD ważną cechą obrabiarki. Niekiedy jednak, np. przy robotach wykończeniowych lub precyzyjnych, najistotniejsza jest dokładność wykonywania na niej części. W konstrukcji obrabiarek duży nacisk jest kładziony na sztywność układu obrabiarka-narzędzie-przedmiot obrabiany. W tym celu kadłu by o~rabiarek buduje się ciężkie, o dużych masach żeliwa - materiału tłumiącego drgania. Mechanizmy obrabiarek tworzą konstrukcje zwarte, o krótkich wałkach i małych ich odległościach. Koła zębate mechanizmów napędowych wykonuje się z materiałów o dużej wytrzymałości (nie dotyczy to mechanizmów posuwowych). Wymiarowo koła te odznaczają się stosunkowo dużymi wartościami modułów; ich szerokości są zwykle niewielkie (b=4710 modułów). I
322
Wszystkie mechanizmy umieszcza się w zamkniętych skrzynkach, gdzie są smarowane. W ten sposób mechanizmy zostają zabezpieczone przed zewnętrznymi wpływami, a równocześnie same przestają stanowić zagrożenie dla obsługującego je człowieka.
Ćwiczen i e
VI 1.1
POMTAR MOCY SKRAWANIA
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem mocy użytecznej obrabiarki oraz zmianami wartości tej mocy w różnych warunkach skrawania.
2. Wyposażenie: przedmioty ćwiczenia - nóż tokarski NNZa lub NNBa 20X20 lub 20 X32, wałek stalowy St 5 o średnicy ok. 50 mm i długości ok. 400 mm, , nakiełkowany, tokarka produkcyjna lub uniwersalna z silnikiem o mocy ok. 5 k\V; przyrządy do wykonania ćwiczenia - zestaw ·walizkowy do pomiaru mocy w ukła dzie Arona lub dwa watomierze laboratoryjne z oporami dodatkowymi, pr~ewody laboratoryjne prądowe o przekroju 2,5-7-4 mm2 , przewody laboratoryjne napięciowe o przekroju 1-:-1,5 mm2, suwmiarka uniwersalna, PN-64/M-01020. 3.
Wiadomości uzupełniające
Wartość
mocy skrawania można wyznaczać mierząc siłę skrawania i prędkość skrawania. Moc Pei pobieraną przez s~lnik napę dzający obrabiarkę można zmierzyć za pomocą dwóch watomierzy (rys. VII-1). Moc całkowita jest sumą wskaŻań obu watomierzy. Przy pomiarze mocy w układzie Arona należy pamiętać, że przy małym obciążeniu jeden z watomierzy wychyli się w przeciwnym kierunku {przy małej wartości współczynnika mocy - cos cp). Należy wówczas w tym watomierzu przełączyć przewody napięcio we, a po przełączeniu wskazania watomierza przełączonego należy odejmować od wskazań drugiego watomierza. Moc Ps na wałku silnika wyznacza się wg wzoru Ps=Pci : f}s
kW 323
Silnik
Watomieizl
Watomierz El
watomierzami w
Rys. VII-1. Pomiar m ocy dwoma uk1adzie Arona
w którym:
moc zmierzona watomierzami, sprawność silnika. (efektywna) P e, czyli łączna moc skrawani a i po-
P ei f}s
Moc uży:teczna suwu, wynosi
P e= P!.i • 'Y)obr gdzie
sprawność
'Y}obr -
obrabiarki.
Sprawność
silnika można odczytać na jego tabliczce znamionowej. Jest to jednak tylko sprawność w warunkach pełnego obcią żenia. Wykres zmia n sprawności silnika w funkcji pobieranej mocy (rys. VII-2) można sporzą dzić, stosując różne obciążenia silnika, np. hamulcem Prony'ego. Trudniej jest
określić sprawność
obrabiarki. W
przybliżeniu
tość tę można wyznaczyć, posługując się następującymi
warustale-
niami: sprawność sprawność
sprawność sprawność
jednego łożyska ślizgowego jednego łożyska tocznego jednej pary kół zębatych jednej przekładni pasowej 'ł'l
"I obr
gdzie a, b, c, d -
324
=
.,,a • .,,b • ·11
·12
91 c •13
ri1 = 0,98, 172=0,995, t73=0,985, '74= 0,95-7-0,97. •
91 d ·1~
liczby poszczególnych elementów biorących udzi ał w przenoszeniu napędu (nie wliczać elementów nie obciążonych w danym przypadku).
f(o
-
~
80
V
/
60
~
i
40
I
I
I
0,8
1,6
20
40
2,4 P- ~2 60 80
4,0 kW
Ą,8
100
12D%
Rys. VII-2. Wykres sprawności silnika asynchronicznego w funkcji mocy Sprawność
obrabiarki wynosi przeciętnie 0,75. Przyjmuje się, że moc tracona w mechanizmach obrabiarki w czasie skrawania niewiele różni się od mocy pobierane~ w biegu luzem. Wykonuje się więc za pomocą watomierzy pomiar mocy obrabiarki przy biegu luzem i prędkości obrotowej wrzeciona takiej, jak przy skrawaniu oraz przy włączonych mechanizmach posuwowych. Stąd moc efektywna
gdzie: Pei 1/s Pbi ·-
moc zmierzona watomierzami, jak poprzednio - sprawność silmka, moc przy biegu luzem.
Dokładniej sprawność obrabiarki mozna wyzn aczyć stosując ha-
mulec Prony'ego (rys. VII-3) lub hydrauliczny (rys. VII-4). Przy pomiarze mocy watomierzami w miejsce obrabianego wałka zakłada się hamulec. Średnicę bębna hamulca Prony'ego wyznacza się wg wzoru doświadczalnego D =-(40-7-60) Pe
mm
w którym Pe wyraża się w kW. P omiar wykonuje się pTzy zachowaniu takiej samej prędkości obrotowej wrzeciona Jak przy skrawaniu. Po u ruchomieniu wrze-
325
RyL VII-3. Hamulec Prony'ego [23] obrotowy, 2 - taśma hamulca, 3 - na krętka do na ciąga nia 4 - ramię hamulca, 5 - wkładka cierna, s - ciężar r ównoważący, 7 dynamometr, 8 - przewody w ody ch ł od zącej 1 -
b ~ben
taśmy,
Rys. VII--i:. H .;;.mulea hydrnuliczny [23] 1 -
wirnil;, 2 -
osłona
(stojan)
ciona zwiększa się siłę hamowania przez dokręcenie śruby na hamulcu Prony'ego (lub zwiększenie ilości wody w hamulcu hydraulicznym) tak, aby uzyskać te same wskazania watomierzy co przy skrawaniu. Moment obrotowy otrzymany na hamulcu wyniesie M=Q ·i N· m gdzie l - w metrach. Wobec tego moc użyteczną
(efektywną)
wylicza
się
wg wzoru
Q · l ·n
Pe =
9554
kW
obciążenie
w którym: Q -
odczytane na dynamometrze, N, ramienia ham.ulca, m, prędlrnść obrotowa wrzeciona (bębna), obr/min. długość
l -
n A zatem
'Ylobr
Nie
uwzględniając
określić
siły
= p
el
. TJ
s
posuwowej Px, moc
użyteczną
można
z wzoru _ F z ·~kW Pe - 60000
w którym: v =
n · d·n
Fz v d -
1 OOO
m/min
styczna
siła
szybkość średnica
skrawania, N, skrawania, m/min, . toczonego wałka (przed toczeniem),
mm. Z powy~zych 'wzorów' można wyliczyć wartość składowych sił skrawania w przestrzennym układzie sił a 1_„ • Sua SIU'a W8Illa
· styczna
F
z
=
60000 · P
e
V
siła siła
posuwo\va Fx=(0,15+0,3) Fz odporowa I' y=(0,3+0,5) Fz I
327
Dokładmejsze określenia składowych sił
skrawania
są następu
jące
(PN-64/M-01020): F x - posuwowa siła skrawania działająca w kierunku ruchu p-0suwowego, Fz - styczna siła skrawania działająca w kierunku ruchu głów nego ·(czyli kierunku zgodnego z wektorem szybkości skrawania), F y - odporowa siał skrawania działająca w kierunku prostopadłym do sił F x i F z, F - wypadkowa siła skrawania równa geometrycznej sumie składowych sił skrawania
F=
VF~+F~+F;
Siła odporowa jest tym większa,- im mrne jszy jest kąt przysta-
wienia (najmniejsza dla wynosi 90°).
noży
bocznych, gdzie
kąt
przystawienia
Pomiar momentu skrawa.nia. momentomierzem wykonuje
się
stępująco: Jeden koniec toczonego wałka zamocowuje mentomierzu, drugi podpiera kłem konika (rys. VII-5 ).
w mo-
się
na-
Końcówka
2
. -+-Rys. VII-5. Momcntomicrz 1 -
obudowa
Z2 i
z3
przekładni, 2 -
watelt toczony, 3 -
oś kół zębatych
momentomierza jest zamocowa'ha we wrzecionie tokarki. Moment obrotowy od wrzeciona jest przenoszony przez dwie pary kół zębatych, z1· z2 i z3-z4, ułożyskowanych w ciężkiej obudowie żeliwnej. Liczby zębów kół wynoszą z1 =z3 =44, z 2 =z4 =46. Pręd kość obrotowa ns wałka toczonego jego mniejsza od prędkości obrotowej nw wrzeciona 328
'Vobtc tego moment obrotowy Mw na ·.vrzec10nie momentu skrawa.oia M .c;kr
Dla rownowag1 momentów wystąpi moment momentomierza, wychylonej od pionu o kąt a
z, . M
Z5
Z2 • Zt
"
-G zred
zredukowany do osi 0 2 tomierza, odległość kół zębatych
a -
m -
J C~t
mniejszy od
c1ęzaru
obudowy
· a · sin a - O ciężar
(a-
Z1
obudowy momen-
+z2
•
2
m)' ,
moduł kół zębatych.
Mierząc kąt
wychylenia a 0 obudowy przy biegu luzem można określić opory wewnętrzne momentomierza. A zatem moment skrawania wynosi
Wyrażenie ułamkowe
mierza
wartością stałą
1Vl11kr= C ·
w tym wzorze jest dla danego momentoC. Jest więc Gzred •
(sin a - srn ao)
N·m
Pomiar wykonuje się mierząc kąt wychylenia a 0 przy biegu luzem oraz kąt a w czasie skrawania. Kąty naJlepiej mierzyć poziomnicą z kątomierzem. Gzred można wyznaczyć wykonując takie same pomiary przy zasto<:owaniu ciodatkowego obciążenia q na ramieniu a. Dodatkowe obciążenie przykłada się do obudowy. Moment skrawania wyznaczony w tych warunkach ma tę samą co poprzednio wurtość, lecz jest wyrażony wzorem
329
Porównując
obydwa
wyrażenia
=
G Siła
._ sina 1 -sina 0 1 sina-sinao-(sina1-sinaoi)
q
zred
otrzymuje siq
styczna skrawania Fz wyniesie F -= z
gdzie d -
średnica
4. Przebieg
toczonego
MSkT
N
0,5d wałka, w
m.
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny urz ądzeń stosowanych do ćwicze nia; o zauważonych usterkach zawiadomić nauczyciela. Zaznajomić się z wartościami prędkości obrotowej wrzeciona i posuwów wzdłużnych, jakimi dysponuje dana obrabiarka. W imaku suportu zamocować wybrany nóż. Przygotowany wałek zamocować w kłach tokarki. Toczeniem cienkiej warstwy z~krawać naskórek z wałka. Według schematu dołączyć układ pomiarowy watomierzy do tokarki. Dobrać warunki skrawania, tj. przekrój warstwy skrawanej S, głębokość skrawania g, posuw p, szybkość skrawania v, pręd kość obrotową wrzeciona n. Przekrój warstwy powinien wy-
-
nosić
S dopgdzie: P8 -
60 OOO p s • flour -1 - - - - mmz
"s . V
w kW,
W m/min, opór właściwy skrawania, w MPa (równy stosunkowi stycznej siły skrawania do przekroju poprzecznego warstwy skrawanej). Dla stali przyjmuje się k 5 =3,5 Rm. Szybkość skrawania v dla stali St 5 przy obróbce zgrubnej nie powinna przekraczać 30 m/min. Prędkość obrotową wrzeciona oblicza się wg wzoru V
-
ks -
n= 318 ~ obr/min
do którego wstawia I
330
się
v w m/min, d -
w mm.
\-\ -
-
Zmierzyć
tocząc
przy niezmiennej szybkości skrawania (wybierając szybkość np. 25 m/min) i stosując ten sam przekrój warstwy skrawanej f, przy zmiennym stosunku p do g (zaczynać od większych głębokości a mniejszych posuwów). Wykonać kilka pomiarów. Po wyrównaniu stopniowań średnic na wałku zmierzyć moc przy stałym st0sunku p do g, lecz przy zn1ieniających się prędkościach skrawama tnp. od 18 m/min do 30 m/min). Dla każdego przypadku podać średnicę wałka przed toczeniem i po toczeniu. Sprawdzić ~prawność i wyznaczyć ją według Jednej z podanych metod (według zaleceń nauczyciela). Obliczyć siły skrawania dla poszczególnych przypadków. Dla jednego przypadku obliczyć :;Tednie stosunki. sił F z : F v : F :r· I Po zakończeniu ćwiczenia odłączyć układ pomiarowy mocy, moc,
rozbroić
i oczyścić obrabiarkę. Uporządkować sprzęt według
wskazań
nauczyciela.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Zestawić
w tabelce wyniki pomiarów.
Wykonać
zalecone obli-
czenia. -
Podać
wnioski i
własne spostrzeżenia.
Ćwiczenie Vłl.2 POMIAR SKŁADOWEJ OBWODOWEJ SIŁY SKRAWANIA Fz
l. Cel
ć~·iezenia:
skim oraz
zapoznanie się z rozkładem sił na nożu tokar-
budową i charakterystyką siłomierzy.
2. Wyposażenie: tokarka produkcyjna lub uniwersalna, siłomierz dowolnego typu wycechowany z dobranym odpowiednio nożem ze stali szybkotnącej, wałek stalowy St 5~ oskórowany i nakiełko wany, o średnicy ok. 50 mm i długości 400 mm, suwmiarka uniwersalna MAUb, instrukcja ob.sługi siłomierza, PN-64/M-01020
331
3.
I
Wiadomości uzupełniające
Podczas toczenia przy posuwie wzdłużnym na nóż tokarski dzia wypadkowa siła skrawania F. Siłę F rozkłada się na trzy siły skła dowe F :r, F y, F z w prostokątnym przestrzennym układzie współ rzędhych x, y z (rys. VII-6). Obwodowa siła skrawania F z ma największą wartość, decyduje więc o zapotrzebowaniu mocy przy określonej szybkości skrawania.
. Rys. VII-6.
Rozkład s ił
na ostrzu
no ża
[3]
Do pomiaru sił skrawania służą siłomierze. Są to specjalne imaki nożowe wyposażone w urządzenie pomiarowe, które reaguje na sprężyste ugięcia noża lub oprawki nożowej pod wpływem przyłożonej siły i wskazuje wartość tego ugięcia. Często stosowane są siłomierze mechaniczne (rys. VII-7), w których sprężyste odksz tał cenia są mierzone czujnik.iem zegarowym. Siłomierze
hydrauliczne drobne przesunięcia imaka przetwarzają na zmianę ciśnienia w układach hydraulicznych. Rys. VII-8 przedstawia schemat siłomierza hydraulicznego do pomiaru trzech składowych F :r, F y, E'z. Siłomierz elektryczny Bierna wskiego WB6 (rys. VII-9) działa na zasadzie zmiany oporu indukcyjnego w uzwojeniach dwóch elektromagnesów, między którymi znajduje się ruchoma kotwica 2, osadzona na mosiężnym sworzniu 3. Dolny koniec sworznia opiera .się na górnej płaszczyźnie trzonka noża 1, który mocuje się sztywno w imaku nożowym siłomierza. 332
\
I
VII-7. Dynamometr mechaniczny do , pomiaru siły skrawania [23] Rys.
\
(siłomierz)
korpus, 2 - imak nożowy, poprzeczka sprężysta, 4 ignia, 5 czujnik
\
Sprężyna 4 zapewnia stałość docisku końcówki sworznia do trzonka noża. W położeniu środkowym szczeliny między kotwicą a elektromagnesami z obydwu stron wynoszą 0,1 +0,2 mm. Elektromagnesy zasilane są z transformatora 5 prądem przemiennym o napięciu 8+12 V. W celu wyeliminowania wahań napięcia wtórnego prąd zasilający uzwojenie pierwotne transformatora jest
r
Rys. VII-8. Schemat pomiaru potrójnym siłomierzem hydraulicznym [3]
stabilizowany. Między środek uzwojenia wtórnego transformatora a cewki elektromagnesów jest yvłączony miliwoltomierz 7. Gdy kotwiczka 2 znajduje się w położeniu środkowym, tj. gdy wymiary obu szczelin powietrznych są równe, spadki nap ięć w uzwojeniach elektromagnesów są takie same i miliwoltomierz nie wykazuje żadnej różnicy napięć. Gdy pod wpływem ugięcia noża 333
5
R,ys. VJI-9. Siłomierz indukcyjny Biernawskiego [ll
I
kotw ica przesunie się ku dołowi, wówczas szczelina górna zwię kszy się, a dolna zmaleje. Spowoduje to wzrost oporu indukcyjnego dławika górnego i spadek oporu dławika dolnego. Między punktami podłączenia miliwoltomierza powstanie różnica potencjałów proporcjonalna do ugięcia noża, a więc do siły działającej na nóż. Śrubą 6 nastawia się wskazówkę miernika na zero. Wzorcowanie siłomierza Wykonuje się obciążając go siłami statycznymi o znanych wartościach i dokonując odczytów na miliwoltomierzu. Ponieważ ugięcie noża jest zależne od długości jegó wysunięcia i od przekroju jego trzonka, po wyskalowaniu siłomierza nie wolno już .zmieniać noża. Dla uzyskania poprawnych wyników pomiaru wykazywać:
334
siłomierze
powinny
\
małe odkształcenia sprężyste
\
chowanie miaru),
\
stałości kątów
nożowej
noża
oprawki lub (zaroboczych narzędzia w czasie po-
duże przełożenie wskazań (małym odkształceniom żowej
lub noża powinny zówki miernika),
odpowiadać duże
· równomierne w czasie,
-
podążanie wskamiernika za zmianami siły dużą powtarzalność wyników, charakteryzującą się małym rozrzu tern wskazań, pewność pomiaru (niezmienność krzywej cechowania w czasie wykonywania pomiarów), małe wymiary, odporność na wstrząsy oraz zmiany temperatury i wilgotności powietrza, wystarczający zakres pomiarowy,
-
łatwą obsługę.
-
'Wysoką czułość zapewniającą
oprawki nowychylenia wska-
zań
-
4. Przebieg
-
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny urządzeń (o zauważonych usterkach zawiadomić nauczyciela). Zdjąć z suportu tokarki imak nożowy, na jego miejsce zamocować siłomierz z zamocowanym nożem.
-
tokarki zamocować przygotowany wałek. Dokonać pomiaru co najmniej czterech wartości siły F z przy stałej szybkości skrawania i stałym posuwie p, zmieniając głębokość skrawania g, poczynając od największej głębo
W
kłach
kości. Dokonać
-
pomiaru co najmniej czterech wartości siły F z, nie zmieniając szybkości skrawania i głębokości skrawania, a zmieniając wartości posuwów. Na podstawie pomiarów ustalić (wykreślnie) wartość stałego współczynnika Cz oraz wykładników potęgowych ez i Uz we wzorze doświadczalnym F~ = c~ . ~
„
gez .
pUz
335
Współczynnik Cz jest iloczynem kilku współczynmków charakte-/ ryzujących
wplyw na wartość sił skrawama rodzaju i materiału obrabianego oraz geometrii noża Cz= C1 · Kmz · K"z · K„ 2
•
K 12 •
Khz •
L
własności
K„z
Wartości tych współczynników można dla danych · warunków znaleźć
powiednich t ablicach w dzia". Logarytmując
otrzymuje
podręczniku
W. Brodowicza „Skrawanie i
w dnarzę
wzór
się
lg F 2 =lg C2 +e 2 lg g+u2 lg p Najp1erw dla stałego p wykonuje się wykres lg F::.= f (lg g) rys. VII-lOa. Wykresem tej funkcji jest linia prosta nachylona do osi odciętych pod kątem a. Tangens tego kąta jest wa rtością wykładnika U.z, a przesunięcie a wykresu w stosunku do początO)
b)
R ys.
VII-10.
Wykresy
do w yznaczania i ez [21]
336
Cz, 'U.z
\
ku ukladu łych, czyli
współrzc;dnych
Jest
sumą
logarytmów
wartości
sta-
ez=tg a
\
a=lg Cz+Uz. lg p
Pbdobny wykres otrzymuje się z fu nkcji lg F;; = VII-1 Ob Analogiczne wartości wyniosą
f (lg p) -
rys.
Uz=tg {J o=lg c,-e-.;. lg g
W a.rtość
współczynnika
lgCz=0,5 ·
C2 oblicza siq wg wzoru
(a+b - tg~
· lgp-tga · lgg)
są przyjętymi wartościami stałymi.
gdzie g i p
Rozbroić tokarkę, oczyścić urządzenia. łożyć
uniwersalny imak
nożowy.
Na supor t tokarki naUporządkować stanowisko
ćwiczenia.
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić w
tabelkach wymk1 ć wicz~nia. Wykonać we współrzędnych logar y tmicznych następujące wykresy: JgFz= f (lgg) przy p=const; lgFz=f (lgp) przy g=const. · Podać wykreślny sposób wyznaczama współczynmka Cz i wykładników
-
ez i
Podać własne
Ćwiczenie
BADANIE
Uz.
wnioski
i
spcstrzezenia.
Vll.3
WPŁYWU
WARUNKOW SKRAWANIA
NA CHROPOWATOSC POWIERZCHNI
l. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z wpływem poszczególnych czynników na chropowatość obrabiane] powierzchni ornz z metodami pomiaru chropowatości powierzchni. 2. lVyposażenie: tokarka produkcyJna lub uniwersalna, noz z ostrzem ze stali szybkotnącej NNZa, nóż przecinak jak wyżej 22 -
Pracownia techniczna dla techn.
337
NNPa, wałek stalowy St4S lub St5 'o średnicy 30 mm i długości 500 mm, suwmiarka uniwersalna, podwójny mikroskop do pomiaru chropowatości, komplet wzorców chropowatości, lupa pro- f mieniomierz 1\1WKc 1 +7, cyfry do wybijania, młotek, instrukcja obsługi
3.
mikroskopu podwójnego.
Wiadomości uzupełniające
Na
chropowatość
powierzchni otrzymanej w wyniku toczenia mają wpływ następujące czynniki: rodzaj skrawanego materiału, warunki skrawania (v, g, p), geometria ostrza narzędzia i jego stępienie, ciecze chłodząco-smarujące, sztywność układu obrabiarka-przedmiot-narzędzie. Rozważając wpływ materiału obrabianego i szybkości skrawania stwierdzono, że zależność wysokości nierówności powierzchni od szybkości skrawania łączy się ściśle z plastycznością i spręży stością obrabianego materiału. Na rys. VII-11 przedstawiono zależność między wysokością chropowatości a szybkością skrawa-
Rys. VII-11.
Wpływ szybkości chropowatość przy różnych po-
skrawania v na mjmin
V
powierzchni suwach p [10]
'
nia. Z wykresu widać, że wysokość nierówności R z początkowo rosme, a następnie, po osiągnięciu maksimum. chropowatości, zaczyna maleć. Taki przebieg zależności Rz=f (v) dla stali obserwuje się w zakresie tych szybkości skrawania, przy których na ostrzu powstaje narost (a więc główną rolę odgrywa tutaj plastyczność materiaht skrawanego). Na skutek zgniotu warstwy powierzchniowej przedmiotu oraz ciągłej zmiany narostu wysokość nierówności jest znacznie większa od wartości teoretycznej, przy czym maksimum krzywej przypada w strefie najbardziej 338
I
\
p
Rys. VII-12. Wpływ posuwu p na chropowatość powierzchni przy szybkościach v 1 i v 2
Rys. VII-13.
Wpływ zaokrąglenia
wierzchołka tość [3]
ostrza na chropowa -
[10]
intensywnego tworzenia się narostu. Rozważając wpływ parametrów skrawania dochodzi się do wniosku, że głębokość skrawania praktycznie nie wpływa na chropowatość obrabianej powierzch- · ni. Wpływ posuwu przedstawiono na rys. VII-12. Wśród
czynników geometrycznych ostrza dominujący wpływ n a chropowatość powierzchni ma promień zaokrąglenra wierzchoł ka noża r . Im promień ten jest większy, tym mniejsze nierównośc~ (rys. VII-!3). Rzeczywista wysokość nierówności powierzchni otrzymywana w wyniku skrawania jest jednak większa od wyznaczonej · wg powyższych ustaleń, i to tym większa, im mniejsza jest szybkość skrawa nia. Wynika z tego, że oprócz parametrów geometrycznych maj ą tu wpływ odkształcenia plastyczne wióra i materiału obrobionego. Pewien wpływ wykazuj ą równie ż kąty przystawienia. Ciecze chłodząco-smarujące zmniejszaj ą tarcie i od- kształcenia plastyczne, zatem ułatwiają skrawanie i powodują zmniejszenie chropowatości powierzcł1ni. Zwiększona sztywność układu obrabiarka-przedmiot-narzędzie również sprzyja uzyskaniu lepszej gładkości powierzchni (drgania o mniejszej amplitudzie i energii). W praktyce posługuj emy się nomogramami lub tablicami 'u łożo- ' nymi na podstawie wykresów zale żności Rz od poszczególnych 339 ,
załoiemu, decyduiący wpływ
czynników. Przy ze na chropowatość powierzchni ma posuw p, szybkość skrawania v i promień zaokrąglenia r, sporządzenie wykresów określających ten wpływ nie nastręcza trudności. Ćwiczenie będzie polegało na wykonaniu próbek toczonych zmiennymi szybkościami skrawania przy stałym posuwie oraz stałą szybkością przy zmiennym posuwie. Próbki będą kolejno odcinane z wałka zamocowanego w uchwycie. Po odcięciu na czole każdej próbki należy wybić kolejny numer. Długość jednej próbkf nie powinna być większa niż 25+ +30 mm. Przed toczeniem powierzchni następnej próbki na wałku należy wykonać nacięcie na odpowiedniej długości. Dla określonego posuwu p i promienia zaokrąglenia r wierzchoł ka ostrza teoretyczną wysokość chropowatości można obliczyć wg wzoru
Rzeczywistą wartość chropowatosc1 toczonych próbek określa się przez porównanie z wzorcam1 chropowatości oraz przez pomiar na podwójnym mikroskopie Schmaltza lub Linnika (por. rozdz. VI). Po ustawieniu przedmiotu w pryzmie na stoliku i zgrubnym wyregulowaniu ostrości obrazu należy obserwowaną powierzchnię umiejscowić możliwie w środku pola widzenia i dokładnie ustawić jej ostrość, a więc zawężyć pas obserwowanej powierzchni. Teraz można przystąpić do pomiaru. W tym celu nasadką mikrometryczną należy tak ustawić linie krzyża okularu, aby jedna z nich zajęła· położenie równoległe do obserwowanego obrazu. Następnie - obracając przedmiot cylindryczny na pryzmie dobiera się pole pomiarowe, na którym nierówności są typowe dla całej mierzonej powierzchni. Pomiar odbywa się przez nastawienie poziomej linii krzyża włosowego raz na wierzchołki, raz na najniższe punkty dolin nierówności obserwowanych w polu widzenia okularu. Po każdym ustawieniu kreski dokonuje się odczytu na skali bębna nasadki. Różnica odczytów pomnożo na przez wartość działki elementarnej określa wysokość zmierzonej nierówności powierzchni. Wartość działki elementarnej jest inna dla każdej pary wymiennych obiektywów.
340
I
4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny sprzętu i urządzeń. Przygotować tokarkę do pracy. Zamocować w imaku wybrany nóż oraz nóż przecinak. Zamocować wałek w uchwycie samocentrują cym. Przygotować przyrządy do pomiaru. Dobrać odpowiednie parametry skrawania. Powierzchnię każ dej próbki przetoczyć dwoma przejściami, po przetoczeniu odciąć od wałka i oznaczyć numerem. Pierwsze cztery próbki wykonać przy stałym posuwie, a zmiennej prędkości. Aby różnice były wyraźne, stosować zmiany prędkości co dwa stopnie. N astęprne cztery próbki toczyć przy stałej prędkości, a zmiennym posuwie. Dla każdej próbki zanotować stosowane parametry skrawa„ nia. Wpisać wszystkie kąty określające stan geometryczny ostrza oraz promień zaokrąglenia wierzchołka. Określić . chropowatość próbek przez porównanie z wzorcami chropowatości za pośrednictwem lupy. Zmierzyć chropowatość mikroskopem podwójnym. Rozbroić tokarkę, oczyścić używane przyrządy 1 urządzenia. Up orządkować
stanowisko
ćwiczenia.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
-
Zestawić
wyniki pomiarów.
Obliczyć teoretyczną chropowatość
na podstawie wartości posuwu i promienia zaokrąglenia wierzchołka ostrza. N a podstawie wyników ćwiczenia sporządzić wykresy zmiany chropowatości: pierwszy w funkcji prędkości skrawania, drugi w funkcji posuwów. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.
ćwiczenie
Vll.4
OBLICZANIE SZVBKOSCI
WVDAJNOSCI SKRAWANIA PRZV TOCZENIU
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami i zasadami obliczania szybkości skrawania i wydajności skrawania przy odpowiednio założonych parametrach skrawania. 341
2. Wyposażenie: rysunek operacyjny dla wyznaczonego przez nauczyciela przykładu wraz z założeni ami wyjściowymi , podręc.:znik W. Brodowi<'za „Skrawanie i narzędzia". 3.
Wiadomości uzupełniające
Dobór posuwu, głębokości skrawania i trwałości ostrza. Ogólne zasady wyznaczania racjonalnych warunków skrawania. polegają na tym, że na podstawie danych wyjściowych zakłada się możliwie dużą głębokość skrawania, następnie dobiera się możliwie naj w iększy posuw (zależnie od wymaganej dokładno ści obróbki i chropowatości powierzchni oraz zgodnie z danyrrri karty maszynowej obrabiarki), tak jednak, aby siły nie przekrac:zały wartości dopuszczalnych ze wzglQdu na mechanizm posuwovv y obrabiarki. Dopuszczalny przekrój warstwy skrawanej Sdop oblicza się wg wzoru S
doµ
60 OOO Ps ·
-
ks .
V
rJobr
mm2
moc silnika napędzającego, kW, opór właściwy skrawania danego materiału, MPa„ równy stosunkowi Fz do przekroju warstwy skrawanej, v - szybkość skrawania, m/min, 'Y}obr sprawnosć obrabiar ki (średnio 17obr=0,75). Przyjmując dla stali k~ ~ 3,5 Rm, zaś żeliwa kż ~ 6 Rm, otrzymamy (wynik w mm 2)
którym: Ps ks -
sdops
= 12 900 . R
Ps m
.
V
oraz sdopż = 7 500 .
R
Ps m ·V
Ponieważ
przekrój warstwy sk rawanej wyraża się wzorem S=g • p, zatem wartości głębokości skrawania i posuwu dobiera się wg zależności g • p < Saop· Następnie
dobiera siq okres trwałości ostrza narzędzia wg tablic z podręcznika vV. Brodowicza „Skrawanie i narzędzia". W specjc;i.lnych przypadkach trwałości ostrza oblicza się. Do dobranych wartości głębokości skrawania, posuwu i okresu trwałości ostrza 342
szybkość
skrawania dobiera się z tablic, wyznacza z nomogramów lub wykresów albo oblicza na podstawie wzorów. Dane wyjściowe, wraz z odpowiednim rysunkiem operacyjnym, wyznacza nauczyciel (przykłady należy dobierać z prac aktualnie wykonywanych w warsztatach szkQlnych). Po wykonaniu ćwiczenia obliczeniowego wyniki należy porównać z rzeczywistymi warunkami (przykładowo okres trwałości ostrza noża ze stali szybkotnącej przy toczeniu powierzchni zewnqtrznej wałka ze stali węglowej o wytrzymałości Rm = 750 :MPa, ze średnicy 100 mm na 96 mm, wynosi 60 minut w warunkach skrawania określonych przez g= 1 mm, p=0,1 mm/obr) .
Obiiczenie okresowej szybkości skrawania Przy obliczaniu szybkości skrawania muszą być uwzględnione czynniki wywierające na nią wpływ. Niewielkie zmniejszenie lub zwiększenie szybkości skrawania powoduje bardzo duże zmiany okresu trwałości ostrza narzędzia, co z kolei wpływa na wydajność obróbki oraz na jej koszt. Dlatego szybkość skrawania oblicza się w zależności od założonego okresu trwałości narzę dzi.a. Jest to tzw. okresowa szybkość skrawania vT w m/min, tj. szyb~ość odpowiadająca przyjętemu okresowi T minut trwałości ostrza w danych warunkach skrawania V
T
CV
=
---
g
cv .
pu v
·K1n
gdzie: okresowej szybkości skrawania stała wyznaczana doświadczalnie, zależna od warunków obróbki, e„ i Uv - wykładniki potęg - liczby określaj ące wpływ głębokości skrawania i posuwów na okresową szybkość skrawania, wyznaczane doświadczalnie i zależne od warunków obróbki i materiału obrabianego, K - współczynnik poprawkowy. Wartości Cv, ev, Uv i Km dobiera się wg tablic zawartych w podręczniku \V. Brodowicza „Skrawanie i narzędzia''. Przykładowo wartości te dla toczenia stali węglowej o Rm = 750 MPa, z chłoCv -
współczynnik
343
dzeniem l przy posuwie p > 0,25 mm/obr, wynoszą: Cv=31,6, ev= =0,25, Uv=0,66, Km=l. Po obliczeniu szybkości skrawania należy sprawdzić, czy można uzyskać wyliczoną szybkość z uwzględniernem istniejącego na obr-abiarce stopniowania prędkości obrotowej. Pręd kość obrotową wrzeciona obr /m in oblicza się wg wzoru V
n = 318·D w którym D w m/min.
średnica wałka
przed skrawaniem, w mm. v -
Obliczenie .czasu maszynowego Czas maszynowy p·n
gdzie:
Z-
długość
ld -
długość
powierzchni toczonej, mm, dobiegu noża, mm, długość wybiegu noża, mm, posuw, mm/obr, prędkość obrotowa, obr/mm, liczba przejść noża przy tym samym posuwie i kości obrotowej,
lw p -
n i -
Obliczenie
pręd
wydajności
skrawania Objętościową wydajnością skrawania nazywa się objętość warstwy materiału usuniętego przez skrawarue z przedmiotu obrabianego w jednostce czasu i wyraża wzorem. Qv=v • p • g
cm3/m1n
w którym: v p g -
4. Przebieg
-
Według
ki
344
szybkość
skrawania, m/min, posuw, mm/obr, głębokość skrawania, mm.
ćwiuenia
wyznaczonego rysunku operacyJncgo oraz \\·artośc p i g.
dobrać narzędzie
1
dane j obrabiar-
Dobrać
tnvałość
-
Obliczyć okresow~ szybkość
-
wrzeciona. Obliczyć czas maszyno"Wy. Obliczyć wydajność skrawania.
5. Uwagi
-
cło
ostrza
skrawania
1 prędkość
obrotową
sprawozdania:
Podać
ogólne zasady wyznaczania warun ków skrawania. Obliczyć na podstawie warunków ski;_awania szybkość skrawania, czas maszynowy oraz wydajność skrawania.
Ćwiczenie
Vll.5
BADANIE WPŁYWU PARAMETROW SKRAWANIA NA TEMPERATURĘ SKRAWANIA
I
1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się z pomiarem temperatury skrawania metodą dwunożową. 2.
Wyposażenie :
3.
Wiadomości uzupełniające
tokarka produkcyjna lub uniwersalna, specjalny imak z dwoma nożami - jeden z ostrzem ze stali szybkotnącej, drugi z węglików spiekanych - o tej sa mej geometrii ostrza i tych samych wymiarach , miliwoltomierz z przey10dami, charakterystylca układu pomiarO\.vego, suwmiarka uniwersalna, wałek stalowy przygotowany według rys. VII-1 4.
Pomiaru iemiJeratury skrawania można do:~rnnać roznymi metodami. Najszersze zastosowanie znajduje metoda termoelementu. Polega ona n a pomiarze siły termoelektrycznej' powstającej w czasie skrawania w termoogniwie, które tworzy w tym ukł adzie narzędzie i materiał skrawany. Wartość tej siły zależy od włas noś ci materiału noża i materiału skrawanego oraz różnicy tempertury międz y tzw. gorącymi końcami termoelementu (styk narzędzia i materiału w czasie skrawania) a jego zimnymi końcami (punkty narzę dzia najd~lej odległe od ostrza skrawającego). 345
Rys. VII-14. Termoelektrycz-
ny
układ dwunożowy
1 -
wałek
4 -
millwol~omierz
[3]
toczony, 2 i 3 - noże o ostrzach z różnych materiałów, .
Zostały
opracowane dwie metody pomiaru temperatury skrawa-· i dwunarzędziowa. W ćwiczeniu będziemy dokonywać pon1iaru metodą dwunarzędziową, która polega na pomiarze siły termoelektrycznej występującej w czasie skrawania materiału dwoma nożami równocześnie. Dwa noże o jednakowej geometrii, wykonane z różnych materiałów (jeden ze stali szybkotnącej, drugi z węglików spiekanych), mocuje się w imaku nożo wym i izoluje względem siebie. Skrawania materiału dokonuj e się równocześnie dwoma nożami z jednako~Ną szybkością, posuwem i głębokoścłą {rys. VII-14). Obwód termoelektryczny zamknięty stanowi tu: nóż 2 - materiał skrawany 1 - nóż 3 - miliwoltomierz. Miliwoltomierz jest włączony 2omiędzy trzonki A i B obu noży, stanowiące zimne końce termoelementu. Warunkiem pracy urządzenia na zasadzie termoelementu 3est zachowanie równosci temperatury na obu ostrzach. Wówczas potencjał materiału obrabianego nie wchodzi w rachubę. Mierzone nania:
oc
jednonarzędziowa
/
GfY.
,/
5J!1
·__
,J
... '1N
t/
r. 40
o
346
/
V
2f'
120
I/
/ /"
' I•
/ 2 4 6 8 7012 74 Ws/<.azania :mliwoitomierza mV
Rys. VlI-15. Krzywa wzor cowania układu termoelektrycznego [ 4]
·pięcie
jest
zależne wyłącznie
od rozmcy temperatury
gorących
i zimnych końców termoelementu oraz składu chemicznego ma·teriałów noży.
Dla ustalenia liczbowej zależności wartości siły termoelektryc:zmej od temperatury noży 2 i 3 wykonuje się wzorcowanie termoelementu (rys. VII-15). Otrzymany wykres może być stosowany do odczytywania temperatury 1 przy skrawaniu róż ·nych materiałów, pod warunkiem jednak, że zostanie utrzymana identyczna temperatura na obu ostrzach noży. Dla zmniejszenia błędów wywołanych różnym ciepłem właściwym i różnym przewodnictwem cieplnym materiałów noży zaleca się przy pomiarach temperatury skrawania tą metodą przeprowadzenie prób krótk'otrwałych . · 4. Pf"zebieg
-
-
-
ćwiczenia
Nastawić tokarkę
na wybrane parametry sk{awania. Na suporcie tokarki zamocować specjalnie przygotowany imak nożowy z nożami. W uchwycie zamocować specjalnie przygotowany wałek (wg rys. VII-14). Przed rozpoczęciem ćwicze nia zaleca się przetoczyć jedną warstwę tak, aby następna miała tę samą grubość dla obu noży. Dołączyć miliwoltomierz. Toczyć równocześnie dwoma nożami przy stałym posuwie i stałej głębokości, a zmiem1ej prędkości skrawania. Zanotować wskazania miliwoltomierza. Toczyć ·przy stałej prędkości skrawania i stał.ej głębokqści, a zmiennym posuwie. Zanotować wskazania miliwoltomierza. Toczyć przy stałej pręd~ości skrawania i stałym posuwie a zmiennych głębokościach, zaczynając od największej głębo kości. Zanotować wskazania miliwoltomierza. Poszczególne próby toczenia wykonywać możliwie krótko. Do zanotowanych wskazań miliwoltomierza dopisać odpowiadające im wartośd temperatury wg krzywej wzorcowania (rys. VII-15).
5. Uwagi do sprawozd~nia: Zestawić
wyniki pomiarów. Na :siatce podwójnie logarytmicznej sporządzić na podstawie wyników wykresy temperatury: 347
pierwszy w fun kcji szybkości (rys. VIJ-16), drugi w funkcJi posuwów (rys. VlI-17\ trzeci w :funkcJ1 gł~bokości skrawania (rvs. VII-18). Na podstawie wykresów wyznaczyc zależnosc1 : t= f(v), t== I(p), t=f(g). Poda ć własne wnioski i spostrzeżerna.
~ ~~ lll I ! 1 -r-1~ ~l-+-ł-t-+-+++-++-+~--=·····;~+~-+-~,1--~,---.1 ~
~
_,_ -
/~......
1
,,..,.,,
•
I
l
;---'I
T(l()mm
1
1
1
I
I
l
1
1
1
I
1
__,1-+-+--t--t-+-'-r-""~--.-!--•~--r--;-+-1~,-,--11
~.
Rys. VII-16. Wykres
1_ _ 1_
'
lg
ści
1
~r1
,
ł-_~1"-+-+-+-+-----+ / 1 -- 1 ---i
1 ____
1__ 1 ~-
V I ;r/mmj
zalezności
temperatury od szybko-
skrawania [21]
Z;-
.:..,1~-bf'"-+'7ł'-+-+-~'------+--...<--~
.......
~t--:;o,,._t-r:-/-~-t---,~-H-----4·~--ł--~
lgp mm/obr
Rys. Vll-17. Wykres wartości posuwu
348
1
zależności
temperatury od
'11
+ -t ~
±-
+.
J
lgg[mm]
.
Rys. VII-18. Wykres z.alezn ości temperatury od gł~bokości skrawania [21] '
Ćwiczenie
Vll.6
BADANIE ZALEżNOSCI POMIĘDZY OKRESEM TRWAlOSCI OSTRZA A SZVBKOSCIĄ SKRAWANIA
l . Cel ćwiczenia: zapoznanie siq z wplywem szy bko:ki skrawania n a trwałość ostrza. 2. Wyposażenie: tokarka o dużeJ prędkości obrotowej, np. TUC 40 lub TPC 40, cztery no7e 2 ostrz ~, mi ze stali szybkotnącej - NNBa lub ~NZa 25 X 25 z pr
Wiadomości uzupełniają ce
Wzajc:nna zal eżnrn:,c'.: trwałości o~ trza
i
sz\ bko::;u ~kr;rwania jest
w~' ral.on a \V po~tnc i
w kt órej: T Cr -
trwalo ść
ostrza, m m,
wartoś~ stała , zależna od m atena1u, kształtu 1
wymi aru "''arst wy skrawaneJ or az warunków
chłodze nia,
349
szybkość
v s -
Zależność
gdzie
skrawania, m/min, wykładnik pot~gi ustalony doświadczalnie (2+ 12), zależny od materi..iłów ostrza i przedmiotu obrabianego oraz od warunków skrawania. odwrotna ma postać
1
m= -s ,
Wymienione funkcje w układzie współrzędnych logarytmicznych przedstawiają się jako linie proste (rys. VII-19, VII-20). Na wykresie lg Cv odpowiada wartości rzędnej dla T= 1 (trwałość ostr7..a - 1 min), zaś wykładnik potęgowym równa się tangensowi kąta pochylenia prostej. Wyznaczanie wartości Cv na drodze doświadczalnej polega na przepr owadzeniu szeregu prób narzę dzi skrawających w warunkach odpowiadających normalnej pracy narzędzia . Metoda ta jest żmudna i długotrwała . tm
'
\ \
\
I
'
~
\
\
\
100
BO
,-
'\
1
60 SO 20
\ „"()
10
50 60 70 8D
igv [m/min]
350 .
Rys. VII-19. Wykres zależności okresu trwałości ostrza T od prędkoś ci skrawa nia v [10]
V
40
m/1rnil
30
21
------
materiał noża : staf Sk 5
r--.
-
materia! skm:rany : sial Cr Ni Rm-850:.[){}0 HPa warunki skrawania: skrawanie na sucha rflf'.m/ohr, q=5mm nći zdzierak prawy; a=6°: o-4~· .A 4°; )l=45u; r-= 2mm
----+
---
fQ
r-- r-
i--
,_ ...... _
r--_
I
t
2
3
4
5 9789 10 Trwałość
Rys. VII-20. Wykres żonej trwałości
zależności
20
JO JO
so bO 10eor,o100
ostrza stosowanej
200
Tmin szybkości
skrawania od
zało
ostrza [3]
Metoda promieniowa toczenia jest skróconym sposobem badania zależności T=f (v). l\'Ia ona zastosowanie tylko do procesu toczenia narzędziami ze st ali szybkotnącej do obróbki płaskich powierzchni czołowych. Do prób używa się tarczy o średnicy zewnętrznej D (rys. VII-21). Tarczę zamocowaną w uchwycie tokarskim toczy się przy założonych parametrach skrawania od średnicy D 0 aż do chwili stępienia ostrza, któremu odpowiada pewna średnica stępienia Dst· W czasie próby szybkość skrawania zmienia się od v 0 (na średnicy Do) do Vst (na średnicyDstJ.
Rys. VII-21. Próba toczenia promieniowego [1] Przeprowadzając
dwie
kró~kotrwałe
próby przy n 1 i n 2 obr/min, otrzymamy stępienia narzędzia na dwu średnicach Dsu i Dst2 • Jeśli otrzymane wyniki zostaną naniesione na wykres w skali podwójnie logarytmicznej lg n i lg Dst (rys. VII-22), powstanie 351
wykr es Dst= f (n), na podstawie k tórego mozna określić tangens kąta pochylenia a: tg a = q . Wówczas Cv oblicza się wg wzor u n · D ·n I C st • I .t t' = 1 000 J1 2p ·n · ls + l ) przy czym
S=
l
1
q
.1-q
Obliczenia war tości s oraz Cv opar to na badaniu dwu próbek . Dla uzyska nia dokła dniejszych danych można -w-ykonać większą liczbę prób. Dane te będą si ę oczywiście odnosiły t ylko do materiał u
' mm
-' ....
1
.....
200
I'
~
150
...
-
100 80
"' „
' i:Jo
~
oo50
700
150
'
R ys VII-22. Wykres
do wyznaczenia za -
"'
~ "' 200 300 n obr/miri
leżn ości
[l]
I+q
s= -
1-q
na którym przeprowadzono próbę promieniową . Wartość posuwu poprzecznego p przy jmu je się np. 0,6 mm na 1 obr, głębo kość skrawania g - np. 4 mm. Prędkości obrotowe dobier a się z szeregu, jakim dysponuje tokarka. Przy małej liczbie prób prędkość obrotową należy zmieniać co dwa lub nawet co tr zy stopnie (stosować duże prędkości ). Stępienie noża doprowadza się aż do spalenia ostrza. Noże powinny być jednakowe, np . NNBa, 25X25 SW18, .o jednakowej geom etrii ostrza. Noże wysuwa się z imaka na odległość 1,5 h (h - wysokość noża) . Po każdej próbie czoło tarczy wyrównuje się nożem nie biorącym udziału w pr óbach, stosując małe szybkoś ci skrawania. 4. Przebieg
-
ćwiczenia
Sprawdzić
352
stan t echniczny
urządzeń.
W imaku
nożowym
to-
-
-
karki zamocować 4 noże. W uchwycie zamocować tarczę. Toczeniem poprzecznym wyrównać powierzchnię czołową tarczy. Toczyć trzykrotnie powierzchnię czołową, za każdym razem zmieniając prędkość obrotową wrzeciona. Toczenie przerywać w chwili zatarcia się wierzchołka ostrza. Zmierzyć średnicę Dst, na jakiej nastąpiło stępienie ostrza. Dla każdej próby notować stosowane parametry skrawania. Rozbroić tokarkę, oczyścić urządzenie . Uporządkować stanowisko ćw iczenia .
5. Uwagi do
-
sprR\yozda~ia:
Zestawić wyniki ćwicz~nia . Na podstawie wyników sporządzić na siatce podwójnie loga-
rytmicznej
wykres
zależności v
=
c
Tv
o współrzędnych
m
-
-
lg v - lg T . Wyznaczyć wartość wykładnika m. Na podstawie próby promieniowej wyznaczyć kilka wartości D s t dla różnych warto.ścin. Wykonać wykres w skali podwójnie logarytmicznej, wyznaczyć q, obliczyć Cu. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.
Ćwiczenie Vll.7 SPRAWDZANIE
DOKŁADNOSCI
OBRABtARKI
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami odbioru technicznego
obrabiarek. I
2. Wyposażenie: przedmioty ćwiczenia tokarka uniwersalna o średnicy toczenia' nad łożem powyżej 315 mm, tarcza stalowa lub żeliwna o śred~icy zbliżonej do wysokości kłów nad łożem, wałek stalowy St3S lub St4S nakiełkowany, o ~rednicy (/) 50 mm i długości 400-7-500 mm, bez naskórka; przyrządy ·- czujnik zegarowy, podstawka do czujnika, suwmiarka uniwersalna, przymiar kreskowy MLPd - 630, mikrometr zewnętrzny 25+50 lub 23 -
Pracownia techniczna dla tec hn.
353
50+75, liniał kraw~ziowy MLWa, trzpień kontrolny ze stożkiem Morse'a Nr 3, trzpief1 kontrolny z nakiełkami (bez stożka) o dłu gości pomiarowej 500+600 mm, norma PN-61/M-55652.
3.
Wiadomości uzupeJniające
.
.
Sprawdzeni e dokładnośc i obrabiarki jest najwa~meJst.ą czynnością jej odbioru techni~znego. Sprawdzeniu poddaje się te elementy, od których zależy dokładność obrabianych przedmiotów. Przy sprawdzaniu mi erzy się odchyłki od kształtu geom etrycznego i porównuje je z dopuszczalnymi odchyłkami podanymi w normach. Sprawdzeniu podlegają : prostolin iowość, równoległość, współosiowość, prostopadłość poszczególnych elementów. Dla elementów obrotowych wykonuje się pomiary bicia promieniowego i bicia osiowego (rys. VII-23). Dla śrub pociągowych wykonuje się p omiar dokła~ności skoku gwintu (specjalnym przyrządem czujnikowym obejmującym długość skoku 300 mm).
Rys. VJI-23. Pomiar czujnikiem hicia osi owego [23]
P omiar prostoliniowości dotyczy głównie prowadnic obrabiarek. Wybór m etody pomiaru zależy od położenia prowadnicy (w płasz czyźnie poziomej czy też pionowe j) oraz jej długości. Prowadnice dłu gie, leżące w płaszczy źnie poziomej, sprawdza się poziomnicą o działce elementarnej 0,02/1000 mm, przestawiając poziomnicę A
Rys. VII-24. Sprawdzanie struny [23]
354
prostoliniowości
za
pomocą
o równe odcinki wzdłuż całej długości (PN-61/M-55652, lp. 1); jest to pomiar prostoliniowości w płaszczyźnie pionowej. Prostoliniowość w płaszczyźnie poziomej sprawdza się, stosując strunę napiętą równolegle do prowadnic (rys. VJI-24). ~a elemencie przesuwnym mocuje się mikroskop. Prrzesuwając mikroskop wzdłuż struny obserwuje się jej poprzeczne przesuwanie w okularze mikroskopu. Metodę tq stosuje się przy dużych długościach prowadnic strugarek wzdłużnych. Prostoliniowość prowadnic, tak w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej, można sprawdzić czujnikiem zegarowym względem odpowiednio ustawionego użebrowa nego liniału (rys. V 11-25). Dla tokarek o krótkim łożu (toczenie w kłach do 1OOO mm) można zadowolić się pomiarem prostoliniowości trzpienia kontrolnego osadzonego w kłach (przy okazji pomiaru równoległości osi kłów do prowadnic suportu). Równoległość
prowadnic konika tokar;ki do prowadnic suportu sprawdza się czujnikiem zamocowanym w suporcie, przykładając trzpień czujnika kolejno do wszystkich płaszczyzn stanowiących prowadnice konika i odczytując odchyłki przy przesuwaniu suportu wzdłuż łoża.
Rys. VII-25. Pomia1· prostoliniowości za pomocą liniału [23]
•
Sprawdzenie równoległości osi wrzeciona do prowadnic łoża musi być poprzedzone sprawdzeniem końcówki wrzeciona, jego powierzchni zewnętrznej oraz 'gniazda stożkowego na bicie osiowe i promieniowe (PN-61/M-55652, lp 578), przy powolnym obracaniu wrzeciona (obraca się je ręcznie - ciągnąc pas napędowy) . Trzpień kontrolny musi być dokładnie osadzony w gnieździe wrzeciona. Równoległość osi wrzeciona do kierunku przesuwu suportu sprawdza się czujnikiem zamocowanym w suporcie, przesuwając suport wzdłuż łoża. Pomiaru dokonuje się w płaszczyz nach pionowej i poziomej na długości pomiarowej trzpienia 300 mm (rys. VII-26). Suport narzędziowy sprawdza się w ten sam sposób, ale tylko na długości 150 mm, przesuwając suport
355
górny · (narzędziowy) przy nieruchomym suporcie głównym (PN-61/M-55652, lp. 10). Równoległość osi trzpienia konika do prowadnic suportu sprawdza się w obu płaszczyznach: raz przy cofniętym trzpieniu, drugi raz po wysunięciu go na długość 100 mm (PN-61/M-55652, lp. 11). Przy każdym pomiarze należy trzpień ustalić zaciskiem. Następnie sprawdza się równoległość osi gniazda stożkowego. W tym celu osadza się w gnieździe trzpień kontrolny. Pomiar wykonuje się przy zaciśniętym trzpieniu konika w obu płasz czyznach, przesuwem suportu wzdłuż łoża na długości pomiarowej trzpienia 300 mm. · Pomiar równoległości osi kłów do prowadnic suportu przeprowadza się z użyciem trzpienia kontrolnego, zamocowanego między kłami wrzeciona i konika. Dokonując pomiaru czujnikiem w płasz czyźnie poziomej, przesuwa się konik poprzecznie tak, aby przy obu końcach trzpienia czujnik wskazywał tę samą wartość. Wła ściwy pomiar dotyczy płaszczyzny pionowej (PN-6'1/M-55652, lp. 12). Przy tym ustawieniu można sprawdzić prostoliniowość
Rys. VII-26. Pomiar wadnic suportu [23]
równoległości
osi wrzeciona do pro-
prowadnic suportu na łożu w obu płaszczyznach, przesuwając suport z czujnikiem kolejno o równe odcinki, np. co 100 mm, i notując każdorazowo wskazania czujnika. Próba toczenia powierzchni czołowej tarczy zamocowanej w uchwycie jest równocześnie sprawdzeniem · prostopadłości prowadnic suportu poprzecznego do osi wrzeciona. Przy tej próbie 356
Rys. VII-27. Pomiar czujnikiem wklęsłości tarczy przy próbie toczenia promieniowego
.
sanie
wzdłużne
suportu
muszą być zaciśnięte
na prowadnicach
łoża.
Powierzchnię tę
toczy
się małą głębokością
i drobnym posuwem od zewnątrz ku środkowi. Norma zaleca sprawdzanie płaskości liniałem krawędziowym, szczelinomierzem i płytkami wzorcowymi (PN-61/M-55652, lp. 21). Dokładniejsze wyniki otrzymuje się przy pomiarze czujnikiem, ustawionym na wysokości osi wrzeciona. Przesuwem suportu poprzecznego przesuwa ~ię czujnik od środka ku tyłowi (rys. VII-27). Czujnik porusza się równolegle do drogi wierzchołka noża. Wskazania czujnika mają wąrtość podwójnego błędu wklęsłości (wypukłość jest niedopuszczalna). Następnie
przeprowadza się próbę toczenia wzdłużnego wałka zamocowanego w uchwycie (PN-61/M-55652, lp. 18, 19) oraz zamocowanego w kłach. Na obu próbkach mikrometrem sprawdza się owalność i stożkowość (PN-61/M-55652, lp. 20). W ćwiczeniu tym pominiemy sprawdzenie śruby pociągowej. 4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdzić
stan techniczny urządzeń. Tokarka do pomiaru musi być czysta - bez wiórów i bez smaru na prowadnicach (niedopuszczalne są również wkładki z papieru, blaszek itp.) Sprawdzić płaszczyznę złożenia kadłuba konika z jego płytą oraz osadzenie głowicy wrzecionowej na łożu. . Sprawdzić bicie osiowe i promieniowe końcówki wrzeciona za pomocą czujnika. . Sprawdzić równoległość osi wrzeciona do prowadnic suportu w płaszczyznach poziomej i pionowej z użyciem trzpienia kontrolnego i czujnika.
357
Sprawdzić równoległość
osi gniazda stożkowego konika w obu płaszczyznach trzpieniem kontrolnym i czujnikiem. Zamocować długi wałek kontrolny w kłach, a następnie sprawdzić czujnikiem i poprawić ustawienie poprzeczne konika w płaszczyźnie poziomej. Sprawdzić równoległość osi kłów do prowadnic suportu w płaszczyźnie pionowej. Zamocować w uchwycie tarczę, czoło jej przetoczyć posuwem poprzecznym. Wklęsłość sprawdzić czujnikiem i liniałem krawędziowym pod światło. Zamocować w kłach wałek, jego powierzchnię przetoczyć posuwem wzdłużnym, a następnie sprawdzić mikrometrem stoż
-
-
-
kowość
-
i
owalność.
Wyniki pomiarów Rozbroić tokarkę
zapisać
i
i
porównać
oczyścić ją.
z normą PN-61/M-55652. Stanowjsko ćwiczenia ~porząd-
kować.
5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić
wyniki pomiarów i porównać z normą. Wykonać szkice poszczególnych pomiarów. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.
-
Ćwiczenie
Vll.8
POMIAR Sit I MOMENTOW PRZY WIERCENIU OTWOROW
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem (za pomocą rza hydraulicznego) sił i momentów przy wierceniu.
siłomie /
2. Wyposażenie: wierta.rka kadłubowa z posuwami mechanicznymi, np. WKA-25, podwójny siłomierz hydrauliczny, obciążniki, sprzęt do wzorcowania siłomierza, wiertło NWKc o śr.ednicy 10...;-14 mm, płytka stalowa St4S lub St5S, grubości 25 mm. I
3.
Wiadomości uzupełniające
Przy wierceniu występują następujące siły: siły skrawania wióra na ostrzach wiertła, siły wgniatania ścian w materiał, siły tarcia na łysinkach wiertła. 358
Siły
skrawania, podobnie jak przy toczeniu, można rozłożyć na składowe, umownie zaczepione na krawędziach . ostrza w odległości 0,5r od osi wiertła (rys. VII-28). Występują składowe: obwodowe Fz1 i Fa - prostopadłe do krawędzi ostrzy, składowe F xi i F x 2 równoległe do osi wiertła, składowe · F y 1 i F~ 2 - odporowe (reakcje). Siła osiowa F x wyniesie F :r=Fx i + F x 2• Moment obrotowy, przy założeniu F zi = F 22 oraz F yt = F v2 przybier a postać 1
Mierząc
siłę
osiową
oraz momenty obrotowe przy wierceniu przedmiotu wg rys. VII-29 dochodzi się do wniosku, że przy wierceniu na odcinku l 1 działają tylko siły F1c po wstające na krawę dziach ostrzy. Wywoluj ą one moment Mk. Na odcinku i! do poprzednich sił doch odzą siły działa j ące na ły sinkach wiertła Fi i wywołany przez nie m om ent Mi. Przy wierceniu na odcinku Z3 dochodzi dodatkowo dz iałanie ścina F se, wywołuj ące moment Mac· Łączni e więc •
R ys. VII -28. Rozkła d sil na os trzach wiertla [10]
D oświadczalnie
stwierdzono
R ys. Vll-29. An a liza op or ów przy p rób ie w iercenia [10]
następujące przybli żone zależności:
359
Fk=0,5 F Fi=0,02 F F11c=0,48 F Siły
Fz
wywołują
Mskr
=
Mk = 0,8 M Mi=0,12 M Msc = 0,08 M
oraz
moment skrawania
F·D F„D z2 N . mm lub Mskr = 2 .z 1000 N . m
gdzie: D - średnica wiertla wyrażona w mm, Fz Moc użyteczna na wrzecionie wiertarki
w N.
lub
gdzie:
Fz v n -
prędkość
obrotowa wrzeciona , obr/min,
N·m silnika W
Mskr -
Moc na
·.
w N, w m/min,
wałku
pe
p s = --
11obr
gdzie 'Y/obr -
sprawność
Siłę posuwową można
obrabiarki. obliczyć wg wzoru
F X = Cp . D zP . zaś
p «p .
Km N
moment skrawania wg wzoru N. mm
w którym:
Cp i Cm -
D -
wartości stałe , zależne
współczynnik zależny
nego
materiału,
wykładniki potęgowe .
360
od warun-
ków obróbki, średnica wiertla, mm, posuw, mm/obr, od obrabia-
Wartości współczynników
oraz
żeliwie
Do pomiaru
i wykładników dla wiercenia w stali
zestawiono w tablicy VII-1. siły
posuwowej i momentu skra wania przy wierceniu są używane specjalne siłomierze, umożliwiające równoczesny po.., miar obu parametrów. Rys. VII-30 przedstawia schemat siłomie rza hydraulicznego. Na stole 1 mocuje się przedmiot obrabiany. Stół siłomierza ma dwa stopnie swobody: możliwość małych przesunięć w kierunku działania siły posuwowej oraz ruchu obrotowegb o mały kąt wokół osi wiertla. Pod działaniem siły posuwowej F nacisk jest przekazywany na tłoczek czujnika hydraulicznego 4 za pośrednictwem trzpienia pionowego. Przesunięciom tłoczka towarzyszy zmiana ciśnienia cieczy (najczęściej gliceryny) w przewodach przyrządu. Zmiana ciśnienia cieczy jest rejestrowana za pomocą samopiszącego pióra manometrycznego lub manometru 7, wywzorcowanego bezpośrednio w jednostkach siły. Tab 1 i c a VII-1 Wartości współczynników
i
wykładników
przy wierceniu
,
Rodzaj materiału
CP
zp
up
84,7
1,0
0,7
cm
zm
um
1,9
0,8
I•
Km
obrabianego
stal
39,0
- - - -- -- ,.
żeliwo
60,6
1,0
0,8
23,6
1,9
0,9
.
R ~0.75 75 ' HB ' 190°·8
Podobnie mierzy się moment obrotowy. Dwuramienna dźwignia 2 działa .na czujniki hydrauliczne 3. Manometr 6 (lub aparat samopiszący) wskazuje bezpośrednio wartość momentu. Sprężyny 5 umożliwiaaą powrót dźwigni 2 do położenia wyjściowego. Do wzorcowania siłomierza 7 stosuje się obciążniki, kładąc je kolejno na stoliku 1 i porównując wskazania manometru z wartością obciążenia . Przy wzorcowaniu siłomierza 6 na stoliku 1 mocuje się dźwignię z przyczepioną do końca linką. Linkę przerzuca się przez krążek, a na końcu linki zawiesza obciążniki. Wykresy wzorcowania wykonuje się w normalnym układzie współrzędnych dla obciążania, a następnie odciążania. Przy próbie wiercenia,
361
/
Wfortlo zaglebito sie catkovviciE? ~-----__ _jl_oczatek /JtaCIJ
Rys. Vll -30. Podwójny sHomierz hydrauliczny dla prób wiercenia [3] stosując zmienne wartości posuwu, mierzy się wartości sił posuwowych i wartości momentów. Rysując wykresy F x=f(p) oraz M =f(p) w s kali logarytmicznej, można wyznaczyć wartości stałych współczynników Cp i Cm oraz wykładników Up 'i Um, przyjmując zm= l,9, zp= l.
4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdzić
-
-
362
stan techniczny urządzeń. Siłomierz hydrauliczny . zamocować na stole wiertarki. Przy mocowaniu zwrócić uwagę na współosiowość wrzeciona i osi obrotu stolika siłomierza. Ząmocować urządzenia do wzorcowania siłomierza. Kolejno zwiększając obciążenia na lince dźwigni, zanotować wskazania manometru. Następnie - zmniejszając obciąże nia - również notować wskazania. Obciążenia przeliczyć na wartości momentów. Sporządzić wykres momentów, jako funkcji wskazań manometru. Przeprowadzić wzorcowanie dla sił F :r· Sporządzić wykres sił posuwowych jako funkcji wskazań manometru. Na stoliku siłomierza zamocować płytkę stalową. Przy ustalonej prędkości obrotowej wrzeciona wiercić otwór w płytce (dla stali St4S lub St5S stosować v=20+25 m/min)
n =--= 318 ·
V
D
obr,'min
Zmieniając
-
kolejno posuwy (od najmniejszych, jaltimi dysponuje wiertarka) odczytywać wskazania siły F x i momentu M. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Rozbroić wiertarkę i oczyścić ją. Uporządkować stanowisko ćwiczenia .
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Zestawić
wyniki pomiarów.
Załączyć
wykresy wzorcowania
siłomierza.
-
-
Na siatce podwóJnie logarytmicznej wykonać wykresy funkcji F=f(p) oraz M=f(p). Wyznaczyć współczynniki Cp i Cm oraz wykładniki up i Um. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.
Cwiczenie Vll.9 OBLICZENIE PRZELOZE~ I WYKONANIE WYKRESU PRĘDKOSCI
1. Cel ćw.iczenia: zapoznanie się z p1·zełożeniami w obrabiarkach oraz z wykresami prędkości obrotowych wałków mechanizmów napędowych obrabiarki. 2. Wyposażenie: schemat kinematyczny mechanizmu napędowego obrabiarki z naniesionymi liczbami zębów oraz prędkością obrotową silnika lub pierwszego wałka, suwak logarytmiczny, przybory rysunkowe (ćwiczenie można przeprowadzić. w sali lekcyjnej).
3.
Wiadomości uzupełniające
Zmianę prędkości uzyskać
za
obrotowych w
napędach
obrabiarek
możemy
pośrednictwem przekładni:
363
-
pasowych z kołami pasowymi stopniowymi, zębatych z kołami zębatymi wymiennymi, zębatych z kołami zębatymi przesuwnymi, które tworzą przekładnie elementarne, tzw. dwójki przesuwne, trójki przesuwne, dwójki przesuwne równoległe dla czterech lub sześciu przełożeń.
W przekładniach zębatych przełożenie tworzy para kół zęba tych - koło napędzające (czynne) i koło napędzane (bierne). Wartością przełożenia jest stosunek liczby zębów koła napędza jącego do liczby koła napędzanego
·-
. Z1 ·--- -11.i Z2 ni
gdzie n 1 , n 2
-
prędkości zębów Z1
obrotowe odpowiednich i
kół
o liczbach
Z2.
Umówimy się tu, że kołom napędzającym będziemy niki nieparzyste, napędzanym zaś - parzyste.
dawać wskaź
Jeśli
w elementarnej przekładni zębatej przesuwnej czy też z kołami wymiennymi wszystkie pary mają ten sam moduł oraz zęby zerowe (niekorygowane), to koniecznym warunkiem współpracy jest stałość sumy zębów każdej pary kół danej przekładni w myśl • wzoru na odległość osi
W nowyc\1 konstrukcjach obrabiarek stOŚuje się znormalizowane geometryczne ciągi prędkości obrotowych o znormalizowanych ilorazach, a mianowicie: rp= 1,12 (wyjątkowo stosowany); 1,26 (1,25); 1,41 (1 ,4); 1,58 (1,6); 2.
W nawiasach podano
wartości zaokrąglone.
Zarówno ilorazy, jak i same wartości prędko~ci · obrotowych są liczbami ciągu Renarda. Dla uzyskania znormalizowanych pręd kości obrotowych liczby stosunkowe przełożeń muszą być potę gami znormalizowanych ilorazów, a mianowicie: 364
dla
=
1-,25
1 : rp0 = 1 : 1 1 :
1 :
1 1 1 1 1 1
:
Dla ilorazów
= 1,4
dla
=
2 z wymienionych
wystąpią
tylko co
"
1,6 ~ 1,252
oraz
W obrabiarkach nie stosuje się dane wyżej wartości przełożeń ~ujących (zmniejszających) kładniach zwiększających
2 ~ 1,42
większych przełożeń
jak 1 : 4. J?owystępują w przekładniach reduprędkości obrotowe. Natomiast w przeprędkości obretowe wystąpią przeło
żenia
Liczby zębów kół tylko odpowiednią żeń, np.
1
:
1
tp 3 :
1
itd.
zębatych tworzących współpracującą parę są
wielokr:otnością
jednego ze stosunków
przeło-
Z1: Z2=24: 30=1: 1,25
Z powyższych zestawień wynika, że w mechanizmach obrabiarek spotyka się tylko ograniczoną liczbę możliwych wartości przeło żeń (dziewięć). A zatem, mając podane liczby zębów współpracu jących kół, należy zawsze szukać znormalizowanego stosunku przełożenia. W praktyce można spotkać pewne odstępstwa, jak na przykład 1 : 2,5
~
26 : 64,
a nie
26 : 65
Chodzi tu o uzyskanie sumy zębów równej 90. Kolejne wartości prędkości obrotowych przynależnych do danego ciągu geometrycznegO' o ' określonym ilorazie powstają przez pomnożenie pierwszej wartości (najniższej) przez iloraz w kolejnej potędze, a mianowicie: 365
Poszczególne znormalizowane wartości prędkości obrotowych dla ciągów o odpowiedniej wartości ilorazu
Zestawienie (skrócone) znormalizowanych Iloraz 'f
I
-
'-
.....s::
s
.._ H
.o o
ił Q)
~
.....o o
I-<
.o o
....c..> 'li)
~
"O
Q)'
1-4
A..
i .1-2
10 11,2 12,6 14 16 18 20 22,4 26 28 31,5 35,5 40 45 50 56
63 71 80 90
11.251 1,4 11,aJ 2
I ®
@
® I
o
®
® ®
®
o
®
® ® ®
®
o ®
®
® @
@
®
®
@
®
® ®
o
o
® ® 1® 1
ciągów prędkości
T ab 1 i c a VII-2 obrotowych
obrotowych
I 1,12 J 1,261 i.4 J 1,61 2 1 1,12 11.25 1~4 11.6 1 2 100 112 125 140 160 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 580 630 710 800 900
I
I ® ®
®
®
®
® ®
®
®
I
1000 1120 1250 1400 ® 1600 1800 ® 2000 2240 ® 2500 2800 3150 ® ® 3560 4000
o
®
Ci>
®
® ®
o
o ® ®
o
@
® @
® ®
®
o
.®
®
®
o ®
®
®
o
®
I®
@
®
o
o
@
®
I wartości
I I
pręd-
kości ob rotowych ciągu o ilorazie q> = 1,6 dla podstawo-
wortości w ej n ::c:: 2800
®
®
l 366
prędkoś ci
wartości prędob rotokości
wych przy ilorazie
i 2800 występują we wszystkich stosowanych ciągach. Wyjątkowo dla ilorazu cp= 1,6 występują dwa różne ciągi prędkości obrotowych: jeden dla podstawowej wartości 1400, drugi dla 2800. Wykres prędkości obrotowych dla określonej obrabiarki nawią zuje do jej schematu kinematycznego. Na rys. VII-31 przedstawiono schemat napędu oraz siatkę strukturalną, odzwierciedlającą konstrukcję mechanizmu napędowego, liczbę przekładni, ich rodzaj oraz rozkład przełożeń. Wykres prędkości obrotowych rysuje się w położeniu obróconym o 90° w stosunku do siatki strukturalnej. Każdy wałek mechanizmu ma swoją odpowiednią pionową liniG _n a wykresie (rys. VII-32). Linie poziome odpowiadają stopniowaniu prędkości obrotowych; odległość między tymi liniami w kierunku pionowym ma wartości ilorazu cp, dwa odcinki cp 2 , trzy _ cp 3. Jest to skala logarytmiczna.
Rys. VII-31. Schemat mechanizmu J1apędowego i siatka Rtrukturalna
przekładni
[9]
Jeżeli między
dwoma wałkami znajduje się trójka przesuwna, to z każdego punktu na linii wałka napędzającego wychodzą trzy linie łączące do linii wałka napędzanego. Nac.:hylenie linii łączą cych jest określone stosunkiem przełożenia. Linia pozioma oznacza przełożenie 1 : 1, linia pochylona ku dołowi o 1 odcinek 1 :
Wał
silnika !wał
llwał
U/wał
Wrzecl6no IVwat
Rys. Vll-32. Wykres obrotowy ch
prędkości
mechanizmu
napę
dowego (9)
2000 n
1420
t--~--1-~--t~~-+-~~1000 t--~~~~-1-~~-+-~-ono
t----"1--"1~-+--, ,,,.;.~~f!E-~
500
t----+-&.-~~o<:=J!.~~~~355
r-~t--~~~~~~2~
----1-----
1--~--1----+~~~~~otbfBlJ
~~~125
i----i--~~ł---~~~~9Di0 1-----1----t-----...,.._._._~6~G
t----t----+------t--~~4~0 t----+----1-----1-~,...ą 3~5
t----t----+----i----'Y244
n,
linie łączące linie pionowe. Przy poszczególnych punktach ostatniej linii pionowej (wrzeciono) wypisuje się kolejne prędkości obrotowe wybrane z tablicy VII- 2. Iloraz ciągu wyznacza się na podstawie wartości dwu sąsiednich przełożeń. , Omawiane ćwiczenie można odwróc i ć. Dla podanych warunków, którymi są: - liczba różnych prędkości obrotowych wrzeciona, - prędkość obrotowa pierwszego wałka, - najmniejsza lub największa prędkość obrotowa wrzeciona, - iloraz ciągu prędkości obrotowych, narysować wykres prędkości obrotowych i schemat mechanizmu. Z wyliresu odczytać stosunki przełożeń w poszczególnych przekładniach, a następnie kolejno dla poszczególnych przekładni wyznaczyć sumy zębów i obliczyć liczby zębów poszczególnych kół. Rodzaj i kolejność p.rzekładni (dwójki, trójki przesuwne) uczeń dobiera według własnego uznania. Przy budowie wykresu należy pamiętać, że linie wykresu pierwszej przekładni muszą mieć małe rozchylenie; w dalszych przekładniach rozchylenie linii stopniowo powiększa się. Sumę zębów oraz liczby zębów dla poszczególnych par kół zębatych oblicza368
heJ prze kładni wyznacza się metodą t a belaryczną. Przykładowo: na wykresie prędkości obrotowych stosunki przełożeń wyn oszą 1 : 1,25; 1 : 1,6; 1 : 2. Wartośc i te wys tawia s ię do pierwszej kolumny tablicy. vV kolumnie drugiej ·(tabl. VII-3) wpisuje się stosunki liczb c ałkowity ch , równoznaczne z poprzednio zapisanymi st osunkami liczb d z1esiętnyc.h , np.
1 : 1,6 ~ 7: 11 ~ 5 : 8 ~3: 5 1 : 2,8 ::::::::; 5 : 14 ~ 4 : 11 1 : 3,15::::::::; 6 : J 9 ~ 5 : 16
1:1,25=4 :5 1 : 1,4 =5: 7 1 :2,5 =2:5
T a b 1 i c a VII-3 -
I
Przełożeń
Suma
Stosunki liczb
Stosunki
liczb
całko wityc h
stosunkowycb
I
Przyjęta
suma
Mnoż niki
zębów
-2
3
1 : 1,25
4: 5
9
1 : 1,6 .
7 : 11
1 : 2
-
1 : 2
zębów
-
1
-
Liczby
18
4
90
I
5
6
10
40 : 50
5
35: 56
30
30: 60
3
I
W kolumnie 3 podaje się sumę liczb występujących w poszczególnych ilorazach. W kolumnie 4 pisze się sumę zębów, która jest stałą wartością dla poszczególnych par kół zębatych obliczanej przekładni; jest to wartość podzielna przez liczby kolumny 3 (wielokrotność najmniejszej wspólnej wielokrotnej); w naszym przykładzie możt: to być 54, 72, 90 (tak, aby najmniejsze koło miało powyżej 14 zębów). W kolumnie 5 wpisuje się mnożniki, dzieląc wartość z kolumny 4 przez poszczególne liczby kolumny 3. Aby obliczyć liczby zębów kół w poszczególnych parach (kolumna 6), liczby stosunkowe z kolumny 2 mnoży się kolejno przez odpowiednie mnożniki z kolumny 5. Dopuszczalne są nieduże odchyłki w podzielności sumy zębów (przykładowo dla stosunku przełożenia 1 : 2,5 do poprzedniego przykładu). Natomiast suma liczb zębów danej pary musi tworzy ć właś ciwą wartość (wg tablicy ze str. 370). 24 -
Pracownia techniczna clla tech n.
369
1
i":
2.5
2
3
2:5
7
4 90(91)
5
6
13
26: 64
Wartość
wsp(>lne j sumy z~bów dla danej prz ekładni może być z góry narzucona, wówczas całą tablicę vvypełnia ·Się wartościami dziesiętnymi (por. poniższa tabelka).
~1 ---,--I_ a
__,_I_4
2,4
1 : 1,4
l,___5____,__a_a ___
I_ _6 __
29,2
29,2 : 40,8
29: 41
-- ·--- - -------·1-----1 70
1:2 1 : 2,8
3,8
23,3
23,3 : 46,7
23 : 4'1
18,4
18,4 : 51,6
18 : 52
Narzucono tu sumę zę bów 70 i przykładowe prz ełożenia 1 : 1,4, 1 : 2, 1 : 2,8. Odpada kolumna 2. Liczby s tosunkowe kolumny 1 mnoży się przez mnożnik i kolumny 5. Wyliczone ko11cowe stosunki (kolumna 6a) zaokrągla ·się do wartości całkowi tych, otrzymując wartości liczb (kolumna 6). W ćwiczeniu tym jest pożądan e posługiwanie się suwakiem logarytmicznym. 4.. Przebieg
ćwiczenia
Nauczyciel dostarcza schemat kinematyczny napędu obrabiarki z naniesionymi liczbami zębów poszczególnych kół ~raz pr.ęd kością 9brotową pierwszego wałka (schemat powinie n być spo. rz ądzony na podstawie konkretnej obrabiarK..i z warsztatów szkolnych) lub warunki wg str. 363. - Wyznaczyć iloraz ci ągu
wartości przełożeń. Wyznaczyć wartości prqdkości prędkości
370
obrotowych, rozpoczynając od obrotowe j silnika lub pierwszego wałka.
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Zestawić
wyniki obliczei1. · schemat napędu i wykres prędkości obrotowych. wniosk i i w łasne ~postrzeże n ia.
Dołączyć Podać
Ćwiczenie Vll.10
SCHEMAT KINEMATYCZNY PODZIELNICY OBLICZENIA DO FREZOWANIA ROWKOW SRUBOWYCH I PODZIAtU
1. Cel ćwiczenin: zapoznanie się z budową i obs łu gą podzielnicy uniwersalnej ornz wykonywaniem potrzcbny<'h obliczefi. 2.
Wyposażenie:
rys un ek warsztatowy koła zqbatego z ZGbami śrub owymi lub wałka z kilkoma rowkami śrubowymi, plansza z przekrojem podzielnicy uniwersalnej, charakterystyka podzielnicy z wykazem kól wymiennych, suwak logarytmiczny, przybory rysunkowe. 3.
Wiadomości uzupełniające
Wśród
stosowanych obecnie podzielnic uniwersalnych spotykane są podzielnice star szej konstrukcji, z trzema wymiennymi tarczkami podziałowymi, oraz nowsze - typu Cmcinnati - produkowane w Polsce, z jC'dną odwracalną tarczką o dużej średnicy. Podzielnice te mają zwykle przekładnię ślimakową o przełożeniu 1 : 40 oraz trzy tarczki wymienne. Każda z tarczek ma sześć okręgów o następuj ~1cej liczbie otworów: tarczka I - 15, Hi, 17, 18, 19, 20 tarczka n - 21, 23, 27, 29, 31 , 33 t arczka III - 37, 39, 41, 4;{, 47, 49. Podzielnice z t ak imi tarczkami umo~liwiają wykonanie podziałów (podziałem zwykłym) na następujące wartości: w zakresie 2750 na wszystkie wartości, w zakresie 50+ 100 na wartości podzielm~ przez 2 i 5, w zakresie 1007200 na wartości podzielne przez 4 i 5. Tarczka odwracalna m a z każdej strony po 11 okręgów. Z jednej strony - licząc od środka ku obwodowi - są okr~gi o liczbach otworów: 24, 28, 30, 34, 37, 38, 39, 41, 42, 43, 100; z drugiej strony: 46, 47, 49, 51, 53, 54, 57, 58, 59, 62, 66. Podzielnica z tak[l tarczką umożliwia w zakresie 2-:- 60 wykonanie (podziałem zwy371
kłym)
wszystkich podziałów, w zakresie 60+120 - uzyskanie podzielnych przez 2 i 5, w zakresie 120-:-240 - uzyskanie wartości podzielnych przez 4 i 5 (z wyjątkiem war-tości 128 i 208). Do obliczenia podziału zwykłE ~o stosuje się wzór
wartości
40 n =k
z
w którym: nk
liczba obrotów korbki podzielnicy dla wykonania jednego podziału, z - liczba równych części, na jaką należy podzielić obwód koła. Po wstawieniu za z żądanej wartości ułamek upraszcza się. Po uproszczeniu należy znaleźć na tarczce podziałowej okrąg o liczbie otworów równej wartości mianownika lub jej wielokrotności. Ułamek przekształca się tak, aby w mianowniku otrzymać liczbę otworów wybranego okręgu na tarczce podziałowej. Wówczas wartość licznika wyznacza liczbę odległości między otworkami na wybranym okręgu, o jaką trzeba obrócić korbkę podzielnicy dla uzyskania żądanego podziału. Poszczególne okręgi są oznaczone liczbami wykonanych na nich otworków. Dla uniknięcia omyłek przy wykonywaniu kolejnych podziałów wskazówki wskaźnika rozstawia się (rys. VII-33) tak; aby między ich skośnie ściętymi krawędziami znalazła się odpowiednia liczba odległości między otworkami na wybranym okręgu. Przykład
\Vykonać
podział
obwodu na 52
części.
Podstawiamy do wzoru z = 52
Tar. ?ka
40
nk
40
10
= - z - = 52 = 13
Szukamy wielokrotności liczby 13 takiej, aby odpowiadała liczbie otworków na jednym z okręgów. Jest to liczba 39. Przekształcamy wii=:c ułamek
podziału zaczep z 39 otworami należy przestawić o 30 odległości pomiędzy otworkami.
Dla wykonania tego
korbki na H y:s. \'ll -33. T arczk a podzialowo :.w \\ s ku źnikiem [9]
okręgu
Przy dzieleniu obwodu według miar kątowych zaczep korbki ustawia się na okręgu o 54 otworach (tarczka odwracalna). Jako z należy przyjąć 360 40 1 6 n = -- = - = k 360 9 54
Przestawienie korbki o jedną odległość pomiędzy otworkami. (jedobraca wrzeciono podzielnicy o 10'. Przy podzielnicy z trzema tarczkami stosuje si ę okręg o 27 otworkach , otrzymuj ąc dokładność dzielenia 20'. ną działkę)
Przy wykonywaniu
podziałów
na takie liczby , dla kt ór ych n ie można wykonać pod z iału zwykłe go, p0dzielnica z o dwr ac alną tarczką może być wyposażona w specjalną korbkę , w którą wbudowana jest przekładnia planetarna o przełożen iu 1 : 100 z dodatkową tarczk ą i d o d a tkow ą korbk ą. Dodatkowa tarczka ma dwa okręgi: jeden o 54, drugi o 100 otworach (rys. VII-34). Dla obrócenia wrzeciona podzielnicy o p ełny obrót trzeba korbką główną wykona ć 40 obrotów . Ten sam efekt uzyskuje s i ę przy wykonaniu 4000 obrotów k orbką dodatkową . Przy podziałach pod zi elnicą dwutarczkowq zaczep obu korbek na g łówn ej i na dodatkowej Przekładnia ślimakowa
Wrzeciono podzielnicy 140
1:1 Walek obrotu -:--:'~~---..f /orczkt podztafowej
Tarczka podziatowo, główna
Przekładnia
/anetama
7:100 .Tarczka dodatkowo
Korbka dodatkowa
Rys. VII-34. Sch emat kinematyczny p odzielnicy d w u tarczk owe j
373
tarczce ustawia się nu okręgach o 100 otworach. korbek oblicza się wg wzoru
Liczbę
obrotów
4 ooo nk=z-
Wynik dzielenia zapisuje się z dokładnością trzech m1eJSC po przecmku, a następnie zaokrąglo do dwóch mfojsc. Otrzymana w wyniku liczba całkowita jest hczbą dzrn.lek, o j aką trzeba obrócić korbkę na tarczce głównej - na okręgu o 100 otworkach; wartość ułamkowa odpowjada potrzebnemu obrotowi korhkt na tarczce dodatkowej (w tym samym kierunku). Pr.r.yklad Dokonać podziału
obwodu na fl7 rów11ych ni< :c.... •
części:
i!=97
4 ooo
97-=41,237~41,24
Na tarczce głównej wyl.(lnamy~ obrotu korbki, natomiast na tarczce do100 dotkowej ~obrotu. Błnd podziału jest .nieznaczny. Dla zwiększenia do100
kładności podziału można
nych
podziałów
siedem
ewentualnie pay wykonaniu na tarczce dodatkowej
podziałów
dziesięciu wykonać
kolejw ilo-
śctl'~ obrotu, a trzy w ilości ~ obrotu. 100
100
Podziały kątowe
(okrąg
wykonywape przez użycm tarczki dodatkowej o 54 µtworach) osiągają dokładność do 6".
Jeśli stosując podzielnicę
z trzema tarczkami trzeba dokonać podziału, który jest niewykonalny zwykłą metodą, można użyć metody podziału sprzężonego (na dwóch okręgach otworów) lub metody różnicowej. Przy stosowaniu podzielnicy do frezowania rowków śrubowych stosuje się metodę podziału sprzężonego. zamocowuje się we wrzecionie podzielnicy. Następnie wałek sprzężony z tarczką podziałową łączy się kołami zębatymi wymiennymi na gitarze ze śrubą posuwową stołu frezarki uniwersalnej, a stół frezarki skręca o kąt {J (w lewo - przy frezowaniu rowka prawozwojnego, w prawo - przy frezowaniu rowka lewozwojncgo). W czasie pracy frezarki śruba pociągowa Obrabiany
37·1
wałek
a równoczesme - przez wymienne koła i tarczkę podziałową obraca obrabiany wałek (rys. VII-35). W sumie otrzymuje się ruch śrubowy koła względ em pracującego freza. Liczby zębów kół zębatych wymiennych oblicza się wg wzoru przesuwa
a
stół,
kąt skręcenia stołu
wg wzoru
skok śruby pociągowej stołu frezarki, mm, skok linii 8rubowej frezowanego rowka, mm, kąt pochylenia rowka względem osi koła (wartość tego kąta nie może przekroczyć 45°), dp - średnica podziałowa frezbwanego rowka, mm. Gdy rowek śrubowy określamy nie skokiem, a kqtem pochylenia {J, wówczas stosuje się wzór na kola wymienne
w których: Sp Sn (1 -
za · ze _ zb •
40SP · tg{J
zd
n . dP
1:40
!:! ld 7:1
Zb Ze
br
I
-'~>~ N '
'.o/ ~
:·
za . Rys. VII-35. Schemat kinematyczny ukladu do frezowania rowków śrubowych
375
Przy frezowaniu zębów kół zQbRtych śrubowych należy posługi wać się wzorem
w którym:
liczba
Zn
rn 11
-
zęb ów
moduł
Podzielnica jest wyposażona w koła zębate wymienne, 7.wykle o nastQpujących hczbach zębów: 24, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 48, 56, 64, 72, 86 i 100. Numer freza modułowego dobiera się do zastępczej liczby zębów Zzast (tabl. VII-4), obliczanej wg wzoru Z zust
z
=
cos 3 ~
Przesuwem poprzecznym 1'tolu frezarki ustawia się oś \•/rzcciona podzielnicy w pionowej płaszczyźnie syme trii zamocowanego fr pza (ry:>. VIJ-36). Ustawienie to musi być wykonane przed dokonaniem
T a b l 1 c a VII-4 Zespoły modulowych frezów krążkowych Liczba
Nr freza w zespole
zębów
w nacinanym kole
I
15 szt.
J
8 szt.
~---------
12
'
13
}
1
14
l
2
}
3
}
4
I
5
f
15, 16
17, 18 19, 20 21, 22 237 25 26 7--29
30 7 34 3!5 -7- 41
42 7-54 55 -7- 79 80 -7- 134
135- zQba tka
m=
3 3 112 4 4 1/ 2 5 5 12
J
6 6 1 2
I
6
J
~ '2. 1} : I
----
powyżej 7
--~------~
skrętu stołu.
4. Przebieg
fr ezowanego koła , normalny fr ezowanego koła .
J
do 7
-~~~
ćwiczenia
Podstawą
wykonania cw1czenia jest rysunek \varsztalowy przedmiotu (walcowe koło zębate z zębami śrubowymi lub wałek z kilkoma rov..-kami śrubowymi, przy czym skok rowka śrubowego> 150 mm, a kąt {3 ~ 45°) oraz charakterystyka podzielnit:y uniwersalnej z opisem kól zębatych wymiennych i znana wartość skoku śruby pociągowej stołu frezarki. 376
Rys. VII-:rn. Ustc:nde nie symetrii [18]
freza w
płaszczyźnie
podstawka czujnika, 2 - stoplta, 3 - c;z:ujnlk, pomiarowy czujnika, 5 - obrabiane koło
1 -
trzpień
4 -
Obliczyć
(suwakiem logarytmicznym) liczbę zębów kół wymiennych łączących podzielnicq ze śrubą stołu. Najpierw war-
tość
sinfJ n
wyrazić
stosunkiem liczb
całkowitych,
a
następnie
pozostałe czynniki zastąpi ć wartościan1i liczb zębów z wykazu kół
-
zqbatych, jakie są do dyspozycji. Obliczyć kąt i kierunek skręcenia stołu . Określić podział z podaniem wybranego okręgu otworków i wartości obrotu korbki podzielnicy. Wykonać schemat kinematyczny podzielnicy połączonej ze śrubą stołu frezarki. Na schemat nanieść stosowane wartości. Wykonać (z wymiarami) szkic przedmiotu ustawionego do frezowania rowków śrubowych (rys. VII-37).
Rys. VII-37. Ustawienie
walca rowka
do
frezowania
Sn _ __ _ _~
śrubowego
377
5. Uwagi do sprawozdania: Podać:
przebieg obliczeń z objaśnieniami. Załączyć schemaL kinematyczny podzielnicy oraz szkic przed-
miotu. Podać wnioski
i
wfasne spostrzeżenia.
P::rłania sprawdzające
Od czego inależy wartość siły skrawania i jak j[ł można zmierzyć? Jakie jeszcze ilrne siły występują na ostrz.u narzędzia? - Jakie czynniki wpływają na ogólną sprawność obrabiarki? - Na jakich zasa dach działają stosowane siłomierze - jakim warunkom powinny one odpowiadać? - Jakie c7.ynniki wpływają na chropowatosć toczonej powierzchni? - Co n a7ywa się wydajnością skrawania i od czego ona zależy? - Co wpływa na wybór odpowiedniej prędkośc i skrawania? .Jak sir, odprowadza ciepło pow stające przy skrawaniu? - Co wpływa 11a wartość temperatury na ostrzu narzędzia.? - Jaka jest zależność miqdzy szybkością skrawania a okresem trwałości ostrza? - Jakie czynniki należy brać pod uwagę p rzy doborze szybkości skrawania i trwałości ostrza? - Jakie pomiary wykonuje się przy sprawdzaniu dokładności tokarki? - Jakie występują składniki oporów momentu obrotowego i siły osiowej przy wierceniu? - Na czym polega 1101 malizacja prędkości obrotowych wrzecion obrabiarek i jak się te pn~dkości uzyskuje? - Co można odczytać z wykresu prędkości obrotowych mechanizmu napędowego obrabiarki ornz jego schematu kinematycznego? - Jak jest zbudowana podzielnica uniwersalna i jakie ma zastosowanie? - Jak dokonuje się podziału przy stosowaniu dodatkowej tarczki podzia-
.-
łowej?
-
Na czym polega przygotowanie frezarki i podzielnicy uniwersalnej po frez.owania śrubowego?
Rozdział
VIII
ĆWICZENIA Z ZAKRESU BADAŃ
MASZYN CIEPLNYCH
WIADOMOSCI WSTĘPNE
Ćwiczenia
z tego zakresu obejmują badanie za:równo silników cieplnych, jak i maszyn roboczych. Wszystkie badania urządzeń cieplnych opierają się na bilansie cieplnym. W niniejszym rozdziale będą stosowane jednostki następujących wielkości fizycznych: masy, siły, ciężaru właściwego, ciśnienia, pracy, energii, ilości ciepła, mocy. Jednostką
masy w układzie SI jest kg stosowana tona masy; 1 t= 1000 kg.
też
Jednostką siły (ciężaru) W
układzie
w
technicznym
układzie była
kilogram (masy). Jest
~m s stosowana jednostka kilogram SI jest niuton. lN= 1 kg
siły
1 kG=9,80665 N:::::: 9,81 N::::::::: 10 N Jako krotności niutona stosuje się najczęściej: kiloniuton (1 kN= 1OOO N) oraz meganiuton (1 MN= 1 OOO OOO N); rzadziej dekaniuton (1 daN=lO N). Jednostką ciężaru 'wlaściwego jest niuton na metr sześcienny -
N/m3, Stosuje N/m3).
się
też
N/cm3 (1 N/cm3 = 1 MN/ml= 1 OOO OOO
w układzie SI wyraża się w paskalach Stosuje się te:G często megapaskal (1 MPa=
Ciśnienie i naprężenie
Pa (1 Pa=l
N/m2).
379
= 1 OOO OOO Pa), oraz w odniesieniu do c1smenia barometrycznego hektopaskal (1 hPa=lOO Pa). W ukła dzie technicznym były stosowane jednostki: at (1 at= =1 kG/cm2 =98 066,5 Pa~ 0,1 MPa) oraz kG/ mm2 (1 kG/mm2= =9 806 650 Pa~ 10 MPa), a także mm H 2 0 (1 mm H20= = 9,80665 Pa~ 10 Pa), m H 2 0 {l m H 2 0 ~ 9,80665 kPa ~ ~ 10 kPa) , tor, czyli mm Hg (1 mm Hg= 1 Tr = 133,3224 Pa~ ~ 133 Pa). Jednostką
=1 gię
pracy w układzie SI jest dżul J (1 J = 1 N · m = W tych samych jednostkach wyraża się też ener-
m 2 • kg/s2). i
ilość ciepła. Jednostką
dzina 1 kW • h= 3,6 ·
106
nie-SI, ale
legalną ,
jest kilowatogo-
J. '
W układach poprzednio stosowanych używano następujących jednostek: kilogramometr (1 kG · m=9,80665 J ~ 10 J), kaloria cal (1 cal=4,1868 J ~ 4,19 J). Jednostką mocy
jest wat (1 W = 1 J/s = 1 m 2 • kg/s3). Dawniej stosowano jednostki: kG· m/s (1 kG · m/s=9,80665 W~ ~ 10 W) oraz koń mechaniczny (1 KM=75 kG · m/s ~ 735,5 W).
Ćwiczenie
Vlll.1
BADANIE WENTYLATORA ODSRODKOWEGO
1. Cel
ćwiczenia: ~apoznanie się
kteryzującymj
z głównymi wielkościami charawentylator oraz ich pomiarami.
2.
Wyposażenie:
wentylator odśrod kowy napędzany silnikiem elektrycznym, z rurami na ssaniu i tłoczeniu służącymi do zamontowania przyrządów pomiarowych (rys. VIII-1), zestaw przyrządów do pomiarów elektrycznych, higrometr, barometr i termometr, kryza pom1arowa na króćcu ssącym, U-rurki. 3.
Wia
Należy
przy pomnieć
i wzory doty czące
380
z maszynoznawstwa podstawowe pracy wentylatora.
pojęcia
J
/-.:::-
-
t
5
lfs T
ń
.l 1 ,---
2
lr-----=---=-Rys. Vlll-1. Schemat pomiarowy wentylatora zasuwa regulacyjna, 2 - zw~żka pomiarowa, 3 - urządzenie pomiarowe wentylatora, 4 - unądzenie pomiarowe mocy i prędkości obrotowej silnika elektrycznego, 5 - urządzenie do pomiaru danych dotyczących otoczenia, aw - wskazanie watomierza (w działkach), IT8 - podciśnienie ssania, Ht - ciśnienie tłocze nia, h spadek ciśnienia n a kryzie . 1 -
1.
Całkowity
przyrost
ciśnienia
gazu, wytworzony przez wenty-
lator (lub H =Hs+ He w mm H 2 0)
2. Przyrost
ciśnienia
statycznego
~Psc=~P s t p+~Pst
3. Przyrost
ciśnienia
n+ P2-P1
dynamicznego .
= d
!lp
o --!:.__
2
•
(c22 _ c2)1
gdzie ~Pd w Pa, Q - w kg/m 3 , c1, 2 - w mis. 4. Wydajność. (wg wzoru doświadczalnego) c . d22 Q =-1,69 381
w m 3/s, c: -
gdzie Q (lub Q
= 0,01 252
a · d2
•
h p
w m/s, d 2 , gdzie a -
w m. wspó łczynnik przepływu
z tabl ie,
średnica kry~y)
d -
5. Moc pobrana przez wentylator od silnika p
- Q . .lp w
gdzie Pw (lub Pw
=
w vV, Q -
'Ylo
w m:\/s, Ap -
Q · H kW, gdy Q 102
w Pa.
w mS/s, Il -
w mm 1120)
We wzorach powyższych : P1 - ciśnienie w przestrzeni, do której wentylator tłoczy gaz, P2 - ciśnienie w przestrzeni, z której wentylator zasysa gaz, l\pstp - strata podciśnienia statycznego na pokonanie oporów przepływu w rurocią g u ssawnym, Ap,t n - 8trata nad ci śnienia statycznego na pokonanie oporów przepływu w rurociąg u tłocznym. Qgęstość gazu (dla powietrza suchego w normalnych warunkach e= 1,293 k g/m 3) , c:2 prędkość strugi gazu w rurociągu wenty latorowym (do 30 mis), c1 - prędkość strugi gazu w ruro ciągu dolotowym (10 + -:-20 mis), c - u.siowa prędkoś ć przepływu (5-:-10 rn/s), d~ średnica zewnętrzna wjrnika wentylatora, m , 1Jo sprawność ogólna (0,40-:-0,75).
4. Pl'zebieg
-
-
Okr eślić
ćwiczen ia
dane wyjściowe dotyczą<.:e wentylatora i silnika elektrycznego oraz warunków otoczenia. Wyznaczyć potrzebne wartości (uwaga: j eśli w wyposażeniu pracowni nie ma ze::;tawu przyrządów do pomiarów elektrycznych, moc należy zmierzy(: w układzi e Arona). Sprawdzić temperaturę powietrza, ciś ni enie barometryczne wilgotość powietrza oraz obliczyć gęstość powie trza.
382
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Załączyć
schemat pomiarowy urządzenia. Wykonać wykres zależności: 8p=fi(Q), Pw=f(Q), 'Y)o=I(Q). Podać własne uwagi.
Ćwiczenie
Vlll .2
BADANIE POMPY WIROWEJ
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z wielkościami charakteryzują cymi pompę wirową i sposobem ich pomiarów. 2. Wyposażenie: pompa odśrodkowa napędzana silnikiem elektrycznym z rurami ssawną i tłoczącą w obiegu wodnym, u1:zą- · dzenie pomiarowe - kryza z U-1'urką, manometr, termometr wodny, obrotomierz, zestaw pomiarowy elektryczny.
3.
Wiadomoś ci uzupełniające I
Pompy od:'.irodkowe pracu j ą w różnych układach. W ćwiczeniu przedstawiono jnstalację, która jest prosta do wykonania w warunkach szkolnej pracowni technicznej. Instalacja ta składa się (rys. VII-2) z pompy odśrodkowej 1, silnika napędzającego 2, rurociągów ssawnego 3 i tłocznego 4, zbiornika z wodą 5, zaworów 6 na rurociągach, manometrów 7 i 8 na rurociągach, zwężki pomiarowej 9, man ometru różnicowego 10, obrotomierza 11 i termometru 12 w zbiorniku wodnym. Dla wszystkich pomp wirowych określa się te same wielkości charakteryzujące pracę, a więc: - wydajność, - wysokość podnoszenia, - sprawność, - moc. 1. Wysokość (użyteczna) podnoszenia
= H + y s + Pg -
H u
z
pd
e.9
·g
(lub H = Hs+h 1+ Hi, gdzie Hs- podciśnienie ssania, Ht - nadciśnienie tJqczeniu, li1 - od ległość punktów pomiaru ciśnienia, wszystko w m; ·
wydajność pompowan a Q = ~O_!_
1000 . 3600
zwężki,
Llh -
spadek
ciśnienia
• o: · d2
{
ih,
gdzie d -
średnica
na kryzie)
383
d·l5mm g
10
r
3
,_____
1-_.--~-'f..:-_,1
-
-
-
Rys. VIIT-2. Schemilt pomiarowy pompy
2. Moc pobrana przez pompq p = w
-
-
--=--~ _r_ 1 --
I -1
--
~::_ ~~ - - --
,_
-
-
--
o d ś r o dkowej
wirową
e · Q · H ·g r
u
'YJp
We wzorach tych:
Hu. Hz -
Ys g Pu Pd Q -
Qr t}p -
384
wysokość użyteczna
podnoszenia, różnica poziomów zwierc iadeł cieczy w zbiornikach górnym i dolnym, straty energetyczne przepływu przez rurę ssawną, przyspieszenie ziemskie, ciśnienie w zbiorniku górnym, ciśnienie w zbiorniku dolnym, gęstość cieczy, wydajność rzeczywista pompy, sprawność ogólna pompy (ok. 0,8).
·~
I
0,8
/
0.7
V
-
t--
/V
Q6 f2s
---
~
I
0,5
0,4
I I
0.3 0,2
I
J '
at I I o
2
4
8
6
10
12
14
18
20
22
24
26 "
kW
Pet
Rys. Vlll -3. Wyk rp -; s prawn ośc i silnika Plektrycznego [25J
Moc silnika napedowego Pi.L musi rys . Vll-3
(t]s -
c:;prawność
być
odpowiednio siln ika elektrycznego).
większa
p
P =~ eL
1'/s
T a b l i c a VIII-I Wartości
d2
wspólczynnika
u.
dla
wody
I
I
I
m =1)2 0,05 0,10 0,1 5 O, 20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 10,50 0,55 10,60 0,65 0,70
a
- - --
0,59 0,60 0,60 O, 61 0,52 0,63 10,64 0,65 0,67 1 0,69 0,71 10,74 . 0,76
4. Przebieg Określić
o,aoj
ćwiczenia
dane
wyjściowe:
wysokość podnoszenia H =. „ mH 20 = .„mm H 20 = ... Pa wydajność Q = .„m3/h = ...m~/s prędkość obrotowa nv= . „ obr/ min
P ompa
25
odśrodkowa
Pracow nl d t edu w :.c11a dla techn.
385
Silnik
napędzający
= ... kW
- moc znamionowa prędkość obrotowa ns= ... obr/min typ silnika .........
Kryza pomiarowa -
ruroci<1gu D = ... mm cl= ... mm współczynnik przepływu a (tabl. VITI-1 ). średnica
średnica zwężki
Wyznaczyć
ssanja, nadciśnienie tłoczenia oraz zmierzyć odległość· punktów pomiaru ciśnienia. Określić spadek 1lh ciśnienia no. kryzie. Dokonać pomiaru wskazania watomierza. Obliczyć wysokość podnoszenia w m II 2 0 i w kPa. Obliczyć wydajność Q pompy. Wyznaczyć moc na sprzęgle pompy Pp oraz 17p przy zachowaniu stałej prędkości obrotowej. Wykonać wykresy: H=f (Q), Pv=f (Q), 17p = f (Q) wg przykładu z rys. Vlll-4.
-
podciśnienie
~ ~'tl1;;;:.
~r~ł
~
60000
...... ~ fl'il 20
54000 •41176 48000 4KJ76 080
42000 42014
Q11
38000 'lf.c 72 060 30000 ?tYJ70
aj '
24000
240
8 Q40
18000
180
6
12()()()
fl()
4
60
2
6otJo
D
O
"
..
? 'f(QJ w
a
.__;;-;:;:;;:;-;;-::=;--;;-:!;;:;;;-;:o:~~:---::-O:'-c=--:-:'---'-- --'--
0.002
arfJ4 Q(J)lj Q[JJ'3
0.01 0012 0074
omo
Of/18
I
aom OJJ2l 0.024 0026 ao2a
Rys. VITI-4. Wykresy charakterystyczne pompy [25]
386
•
-
Q
fm%]
5. tJwagi do sprawozdania! Załączyć
schemat pomiarowy urzqdzenia. Wykonać wykres zależności: H=f {Q); Pp=f (Q); 1/p=I (Q) przy n=const.
Ćwiczenie
Vlll.3
BADANIE SILNIKA SPALI NOWEGO Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem i obliczeniem wielkości charakterystycznych pracy silnika z zapłonem samoczynnym w oparciu o badanie typu kontrolnego. 2. Wyposażenie: stanowisko p omiarowe z silnikiem 7. zapłonem samoczynnym (rys. VIII-5) i hamulcem (rys. VIII-6) oraz innymi przyrządami pomiarowymi, takimi jak: analtzc.ltor spalin, wodomierz, miernik :rnżycrn paliwa, tachometr, indykator (w ilości równej liczbie cylindrów), manometry, termometry, tablice techniczne, instrukcja obsJugi danego silmka.
DO{iyw Wot/IJ
- - - - - - do humufca
Wyplyw wodv z ńamulco
Rys. VIII-5. Schemat pomiarowy silnika „Diesla" :tl>iornik paliwa, 2 - zblornik do pomiaru wody chłodzącej, 3 - pompa paliwa, korpus silnika, 5 - korpus hamulca, 6 - dopływ powietrza do silnika, 7 wodowskaz z podziałką , s - kółko do regulowania momentu obrotowego hamulca, 9 sprzęgło, 10 zawór szybkospustowy, 11 - pompa do wody chłodzącej, n obrotomierz, D - dynamometr
l -
4 -
387
3. Wia
w której:
energia cieplna dostarczona z paliwem, w czasie 1 h, ilość ciepła zamieniona na pracę użyteczną, czyli moc cieplna odpowiadająca mocy uży tecznej, moc cieplna zużyta na straty mechanicz ne, energia eieplna odprowadzona z wodą chło dzącą, w czasie 1 h , energia cieplna uniesiona z silnika przez spaliny (strata wylotowa wyraźna) w czasie 1 h, energia cieplna stracona wskutek niezupeł nego spalania (strata wylotowa utajona), w czasie 1 h, energia cieplna odpowiadająca wszystkim innym stratom, w czasie 1 h , z uwzględnie niem błędu pomiaru.
QdJ -
Qe; -
Qm1 QwJ Qs1 -
QscoJ -
Qr1 -
-
Wyznac~enie Qd1
Za pomocą specjalnie wywzorcowanego naczynia należy zmierzyć godzinowe zużycie paliwa B kg/h, a następnie - za p o mocą bomby kalorymetrycznej - wartość opałową tego paliwa
- [kg] h . [kJ]-
Qct1 -
-
B
W d kg
- B . W ct
[kJJ h
Wyznaczenie Qej oraz Qm;
Najpierw wyznacza się moc efektywną Pe (kW) za pomocą hamulca hydraulicznego (lub innego), a następnie - przy użyciu wykresów indykatorowych dl a wszystkich cylindrów równocze388
(r
s
ff
Hys. VIII -6. Stanowisko do
badań
18
~
sil nika z hamulcem wodnym [26]
bada11y silmk, 2 - podstawa, 3 - wał przegubowy, l - hamulec, 5 - chłod nica wody chłodzącej s ilnik, o - J:biornik n a wodę dla hamulca, 7 - zbiornik paliwa, 8 - rura wylotowa , 9 - siłomierz hamulca, 10 - tachometr, 11 - termometr do mierzenia tcmper
śnie
- moc mdykowaną Pt (kW) . (w przeliczeni u na 1 h) wyniosą Qej=3600 Pe Qmj=3600
Wartości
energii Qe oraz Qm
kJ/h
(Pi-Pe)=3600 P1 · (l-17m)
kJ/h
Wyznaczenie Qw; Nalezy zmierzyć godzmowe zużycie wody chłodzącej Gw (kg/h), a następnie temperaturę tej wody na wlocie - tw 1 oraz na wylocie - tw2 kJ/h Qw=4,19 · Gw(lw2-tw1) -
Wyznaczenie Q s; i Qscoj
W lym celu naleiy
zmierzyć
godzinowe
zużycie
pali"ia B kg/h, 389
w poradnikach wartośd ciepła właściwego składników spalin: C02 , CO, 0 2, N 2 , H 20, odpowiednio Cwcot, Cwco,· CwN!„ CwH!o dla przedziału temperatur od t 0 do ts °C (gdzie t 0 - temperatura otoczenia, °C, ts - tempeTatura spalin wylotowych, °C). Trzeba również znać masowe (wagowe) udziały węgla i wodoru w paliwie oraz objętościowy udział procentowy C02 i CO w spalinach: c - wagowy udział węgla w paliwie, b udział objętościowy C0 2 w spalinach, 0 /o, t udział objętościowy CO w spalinach, 0/o, 1 Stratę wylotową wyraźną Qs (w przeliczeniu na 1 h) można wówczas obliczyć wg wzoru a
łlastępnie wyszukać
Qs;=msp · B · C~r · (t 8 - l 0 )
masa spalin powstała ze spalenia 1 kg paliwa - w kg/kg, B godzinowe zużycie pa liwa, kg/h, Cśr śrC'dnie ciepło właściwe spalin wilgotnych w zakresie temperatury od t 0 do t 8 w kJ/(kg· °C) ts-to różnica temperatury spalin i otoczenia w °C. Stratę na skutek niezupełnego spalania Q ~co; (stratę wylotową utajoną) można obliczyć wg wzoru
w którym:
msp -
Qscoj -= B - (5700 · Rozważania powyższe odno~zą się
-
C •
t1b )
kJ/h
do silników na paliwo
Wyznaczenie Qr; Energię tę (w przeliczeniu na 1 h) oblicza cieplnego
się
Qr;=Qdj-(Qej+ Qmj+Qwj+Qsj+QscoJ)
ciekłe.
z reszty bilansu kJ/h
U rządzenia pomiarowe Do pomiaru mocy efektywnej najczęściej stosuje się hamulce, a wśród nich głównie hamulce wodne (rys. VIII-7). Pomiar mocy efektywnej hamulcem wodnym sprowadza się do określenia momentu reakcji (odporu) hamulca, który w stanie
390
równowagi jest równy momentowi obrotowemu silnika: Silnik zwykle jest połączony sprzęgłem tarczowym z hamulcem wodnym. W czasie pracy silnika obraca się wirnik hamulca i odrzuca siłą odśrodkową wodę w kierunku ściany zewnętrznej korpusu. N a obwodzie wirnika oraz w korpusie wbudowane są specjalne listwy (palce), między którymi przepływa woda. Woda ta nagrzewa się, pobierając moc z wału silnika. Siła bezwładności jest równoważona obciążnikami lub dynamometrem sprężyno wym. Na odpowiednio wyskalowanej tarczy można odczytać wartości tej siły F (N). Siła F działa na ramieniu o długości l (m), tj. na dźwigni hamulca, i wywołuje moment hamujący; jego wartość jest równa momentowi obrotowemu M=F ·Z
Moc
efektywną
oblicza
się
N·m
teraz wg wzoru M·n
Pe =
9544 kW
(gdy M - w N · m, n - w obr/min) Na rysunku VJII-8 przedstawiono charakterystyki hamulców wodnych produkcji krajowej. Z charakterystyk tych wynika, że do hamowania silników M20 bGdzie stosowany hamulec typu IIO, natomiast do silników· starów - typu Hl. Pomiar mocy indykowanej op1sano przy badaniu sprężarki tłok.o wej (ćwiczenie V 111-5 ). wody ch!odzqcc>j Gw dokonu je ::>ię zwężką pomiarową, gdy średnica ruroci:.!gu wodnego d0 ~ 50 mm. W innych przypadkach wodę zbiera s1ę i waży lub mierzy jej objętość za pomocą naczyń wypływowych z wycechowaną dyszą (danaida) lub też pobiera sic; wodę z wyskalowanych uprzednio zbiorników. Temperaturę wody chłodzqcej powinno !:ii~ mierzyć t ermometrami o doklndności 0,1 ce. Temperalurq spalin wylotowych należy mierzyć z d ok ladnośc1ą 2+:3° C.
Pomiaru
zużyciC1
Analizę
spalin wykonuje siG gtównie analizulorem Orsata; trzeba przy tym pamiętać, że przy silnikach dwu~uwowych należy pobierać próbkę spalin (przez specjalnie wmontowany zaworek) w czasie suwu pracy-przed otwarciem kanału wlotowego dla po391
~ Odplyw
wod'}
l{ys. VIII - 7. Schemat ham11lc:a wodnego [24]
Pe
132...---......----r.r-----,...--.,----, I< 1111-----+----,l-+--.,--.+----t-----i
HO
'
O L---::f:...---..2fXJ0::!=---;;3fXJJ~--:;;
392
ł
Rys. VIIT-8. Charakter ystyka hamulca wod-. nego produkcji krajowej [24]
wietrz.a, które mogłoby zniekształcać wyniki analizy sk ład u spalm (zwykle jednak rurka Orsata jest połączona z kolektorem wydechowym). Przed aparatem umieszcza s ię chł odnicę i filtr spalin: ma to na celu obniżenie temperatury spalin do ok. 20°C i oczyszczenie ich z części stalych. Przed posłużeniem się aparatur ą pomi a r ową· nalczy sprawdzić prawidłowość jej zamontowania i popraw n ość wskazań . Badani a należy przeprowadzić przy kilku obc1qzen iach pod wa runkiem jednak, że zostanie ustalona równowaga cieplna (u s ta ją większe wahania temperatury spalin). Odczyty wszystkich wskazań na leży wykonywać równoczE>śnie; w tym samym też czasie trzeba wykon ywać wykrc>sy mdykatorowe i mierzyć zużyde paliwa i wody. P o zestawie niu wszystkich wyników pomiarów i obliczeń bilans nale ży zobrazować graficznie, np. wykresem strumieniowym Sankeya.
4. Prze bieg
ćwiczenia
Zestawić
dan e ogólne: ' Silnik: 'typ „ „ „ . firmy liczba suwów .„ .. „ .. liczba cylindro'vv „ . „ „ „ ś rednica cylmdra .„. „ „ . „ skok tłoka .. „ „ „ .. „ . , . . Vs Vo s t op1en s pręzama - y ; -=
+
objętość
skokowa .„ . .. „. „. moc· nominalna P= ... k\V , prędkość obrotowa n= „. obr/min Hamulec: typ ... „ .. firmy „ .. „ .. „. długość ramienia l = .„ m prędkość obrotowa maks. nmnr= „. obr/ mm moc hamowania PH - „ . kW Paliwo: .„„. „ „ . gęstość= „. kg/l = ..„ kg/cm3 analiza e l~men tarna pali wa: wartość opałowa W d = „ kJ / kg • Otoczenie: stan barometru p 0 = .„ hPa temperatura otoczenia t 0 = „.°C wilgotość względna powietrza cp= . „ 0 /o gęstość powietrza suchego e9 = .„ l
-
Wielkość
Lp.
Wartość
Jednostka, Symbol wymiar
Obciążenia
o
T25
J
w
O /. I o
50 J 75 J1ooi 110
t
I. Dane ogólne 2
Rodzaj paliwa wg PN Wartość opałowa paliwa
3
Zawartość
]
w 1;gla
-
-
wd
kJ, kg
c
kg/kg
w pa liwi e 4 5 6
G 1;stoś6
I
paliwa T emperatura otoczenia Ciś nienie bn rometryczne
~
to Pb
.
kgicma OC hPa
U.Warunki pracy silnika
Obl'i<1ienic silnika 8 Czas trwania pomiaru 9 Prędkość obrotowa silnika 7
-
%
ns
o b r /min
Pe P·t
kW
-
h
Ili. Moce
10 11
I
Moc in dykowana M oc efektywna
IV. Ciśnienie Srednic ciśnie nie in dykowane 12 Srcdnie ciśnienie efektywne 13 14 Maksymalne ciśnienie sprężania
15 I
Maksymalne nia
ciśnienie
kW
Peśr
MPa MPa
Pemax
MPa
Psmax
MPa
B
kg/h
BT
kg/h
9e
g/ (kW · h)
gi
g/(kW · b)
Piśr
spala-
V. Paliwo
Godzinowe zużycie paliwa 17 Godzinowe zużycie paliwa umownego Jednostkowe efektywne zuży18 cie paliwa Jednostkowe indykowane 19 zużycie paliwa 16
I
I
j
I
I
cd. tabl. ze str. 394
.
Lp.\
Wartość
VI. 20
cieplna Sprawność mechaniczna Sp1 awność' ogólna
22
Vll. Woda
'T/c T/m
25
vur. 26 27
w w Zawartość w Zawartość w Temperatura lin Zawartość
28
30
31
Współczynnik
spalinach spalinach spalinach spali.11ach wylotowa
-
G
kg/h
tw1
oc
tw2
oc
n
% % % %
ts
oc
b o
C01 02
CO Ni
t
spa-
. \
nadmiaru po-
wietrzo. IX. Bilans energetyczny 32 Energia cieplna dostarczona do silnika 33 Energia cieplna odpowiadająca mocy efektyvvnej 34 Energia cieplna zużyta na straty mechaniczne 35 Energia cieplna odprowadzona z silnika przez czynnik chłodzący 36 Energia cieplna uniesiona z silnika przez gorące spaliny (strata wylotowa wyraźna) 37 Energia cieplna stracona na skutek niezupełnego spalania (strata wylotowa utajona) Energia cieplna uwzględ38 niająca straty pozostałe (reszta strat) I
T/o
Spaliny
Zawartość
29
-
chłodząca
Godzinowy wydatek wody Temperatura wody na wlocie Temperatura wody na wylocie
23 24
Wartość
Sprawność
Sprawność
21
1~ymbol J~dno~tkal wymiar
" Qdj
kJ/b
qd
%
Qej qe Qmj qm
kJ/h
„
% kJ/h
%
Qwj
kJ/ h
qw
%
Qsj
kJ/h
qs
%
Qscoj
kJ/b
ąsco
%
Qrj
kJ/h
qr
%
395
5. Uwagi do sprawozdania:
-
Wykonać
pomiary i obliczenia. Wyniki zestawić w tabelce. Wykonać schemat układu pomiarowego silnika. ·wykonać wykres Sankeya dJa b1lansu silnika. Wykonać wykresy charakterystyk eksploatacyjnych silnika (patrz przykład nn rys. VIII-9).
Ćwiczenie Vlll.4 BA.DANI E SILNIKA Z ZAPŁON EM ISKROWYM
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem i obliczeniem wielkości charakteryzujqcych pracę silnika z · zapłonem iskrowym w oparciu o badanie ruchowo- kontrolne.
Pt,
..
E1
~
37,"'
·/
kW
i....--
,/
:1 ~
-·~7
/
i- - -
„ /
100] 2,5
I;
j
V-, ~<:;;'; ~) · ~J/},
"'
.,.,
~,
:-
~9 5
.... „
41017i
5
340
270
o
J
I
I .„
V ••• „••••
„„-?ę:::/(fJ)
.. ········ ········ ·······
2lXXJ
n-
3000 obtfmin
...··
„
4fX()
Rys. VIII - 9. Charakterystyka eksploatacyjna samochodu FSO-Warszawa (26]
396
---i>-i-.::..Dw "'--=82,5 d==50
7 450
400 25a
3
4
11
\"TJJ-10. Sch~mat µC>mi&rowy silnika „Mosk\>Vicz" s1lm-< .,Moskwicz", 2 - zbiornik paliwa, a - naczynie po m iarowe, 'I - zbiornik powietrza, 5 - przewód powietrza 7e zwężką, 6 - rura wylotowa, 7 - główny zbiornik wodny, 8 - hamu lec wodny, 9 - dynamometr, 10 - obi otom1erz, 11 - zbiornik wody chłodzącej silnik. 12 - zbiornik pomiarowy, 13 - waga, 14 - wodomierz, 15 - zbiornik chlodmczy miski olejowej. Jfi zbiornik< ściekov.:y, 17 - termoelement, JB - termometr Rys
1 -
2. Wyposażeni e : stanowisko pomiarowe z silnikiem z zapłonem
iskrowym (rys. VIII-10), h amulcem, miernikiem paliwa, tachometr em (obrotomierzem), instrukcja fabryczna silnika. Uwaga: jako wyposażenie stanowiska może służyć silnik Fiata 125P: Pojemność skokowa V 6 = 14.81 cm3 Stopień sprężania e= 9 Moc maks. P = 55 k\V. Chłodzenie pośrednie wodą. Gaźnik: Weber typ 28-36DCT Instalacja elektryczna - 12V Wymiary gabarytowe silnika 1100X 650 X 580 mm Hamulec typu H-1 Sp. Pracy „Metal" Łódź . !
Wiadomości uzu1>cłniającc
3.
Badanie silnika ograniczymy do głównych pomiarów w celu ustalenia mocy efektywnej, jednostkowego zużycia pa liwa , - jednostkowego zużycia ciepła oraz sprawnu8ci ogólnej. W zor y obliczeniowe: a) moment obrotowy M=F · Z N·m M·n b) moc efektywna Pe=kW 9554 · 3600 kg,'h . . pa1iwa . G = V T· e c ) zuzyc1e • 1000 d) jednostkowe
e) jednostkowe
zużycie
zużycie ciepła
, ' ogona 'l f) sprawnosc Użyte
F l -
n V (l i;
Wd
-
-
paliwu g=
IO~o ą_
g/ (kW · h)
e
q
= 4,19
g · Wa kJ/ (k W · h) 1 ooo
r;o= -632,5 · 10 OO/10 q
w tych wzorach symbole oznacza j ą: siła na dźwigni, N, długość ramienia dźwigni, m, prędkość obrotowa, obr/ min, objętość (w cm3) paliwa użytego w gęstość paliwa, g/cm3, czas, s, wartość opalowa paliwa, kJ/kg.
określonym
czasie r, s,
1. Przebieg -
ćwiczenia
Zestawić
dane ogólne: Silnik typ ........ „ ....• moc znamionowa .... „ .. • „. liczba cylindrów . „ • . . „ .....•. . prędkość obrotowa .................. paliwo ............... hamulec typu ...... „ ... „. maksymalna moc hnmowania PH= ... kW maksymalna prędkość obrotowa nmax = .„ obrlrbin długość ramienia dźwigni L= ... m Otoc:zenie - stan barometru b 0 = ... hPa temp. otoczenia t 0 = ... ° C zredukowany stan barometru .„ hPa. Wykonać pomiary · w oparciu o wiadomości uzupełniajqcc z ćwiczenia VIII.3. 5 Uwagi do sprawozdania: -
\Vykonać
schemat układu pomiarowego silnika. Wyniki pomiarów 1 obliczei1 wpisać do tabelki (podobnie jak w ćwiczeniu Vlll.3).
Ćwiczenie
Vlll.5
POMIAR MOCY INDYKOWANEJ
SPRĘZARKI TŁOKOWEJ
I. Cel ćwiczenia: poznanie metod pomwru mocy indykowanej i posług i wania się indykatorem oraz planimetrem. 2. Wyposażenie: metr. ,,,
J.
sprężarka tłokowa,
indykator, planimetr, t aeho-
Wiadomości uzupełninjącc
Indykator (rys. V III-11) jest manometrem wskazuje - wskutek odpowiedniego ugięcia
sprężynowym,
sprężyny
9-
który zmien-
399
nosc c1sn_1enia w cylmdrze maszyny tłokowej \V miarę przesuwania się tłoka. Proporcjonalnie do tego przesuwania się obraca się bęben 11 indykatora tak, że odpowiednie urządzenie piszące z rysikiem 10 może wykonywać wykres zmienności ciśnienia w ciągu całego cyklu pracy. Zakres ciśnień, do których może być stosowany indykator, można zmieniać przez wymianę sprężyn 9, których w komplecie jest kilka. Stałą sprężyny sprawdza się przez obcią żenie jej w odpowiednim urządzeniu (ile milimetrów ugnie się przy znanej wartości obciążenia). Zakres stosowalności indykatora można też zmienić przez wymianę tłoczka 4 (z cylinderkiem 3) lub tłoczka i' sprężyny równocześnie. Bardzo ważne jest prawidłowe zamontowanie indykatora do maszyny, nastawienie urzą dzenia piszącego oraz nałożenie papieru na bęben 11 indykatora i podłączenie bębna do napędu za pośrednictwem reduktora.
za
Indykator jest podłączany do badanej maszyny pośrednictwem kurka trójdrogowego (osadzonego w cylindrze maszyny), umoż liwiającego połączenie cylindra 3 indykatora albo z cylindrem maszyny, albo z atmosferą. N a tłoczek działa wówczas z jednej strony ciś~enie czynnika, z. drugiej zaś, za pośrednictwem drążka 5, si ła sprężyny 9. Ruchy drążka 5 przenoszą się przez dźwignię 8 na rysik, 10, który dociśnięty do bębna 11 -z; papierem - kreśli linię wykresu. Rzędne tego wykresu są proporcjonalne do ciśniema w cylindrze maszyny, odcięte zaś do przesunięć tłoka maszyny, czyli do objętości czynnika. Wykres następnie planimetruje się. Powierzchnia wykresu jest obrazem pracy maszyny. Planimetr (rys. VIII-12) jest przyrzą dzem, za pomocą którego można mechanicznie zmierzyć powierznię wykresów zawartych między krzywymi. Zamiast planimetować można też obliczyć powierzchnię między krzywymi przez podział pola na trapezowe paski i kolejne zsumowanie ich powierzchni. ·Przy planimetrowaniu trzeba najpierw określić stałą planimetru, tj. stwierdzić, ilu milimetrom kwadratowym odpowiada jedna działka na liczniku całkującym. Dokonuje się tego przez wykonanie okręgu koła z użyciem linijki kontrolnej (rys. VIII-12) dobranej tak, że powierzchnia zatoczona nią jako promieniem wynosi 10 OOO mm 2 . Odczytuje się wówczas, ile działek wskaże licz-
400
iv
• Rys. VIII- 11. Indykat or firmy Maihak [25] 1 -
cylinder, 2 -
drqżck
tłoczka,
srubunck. 3 6
-
nakTętka
d:źwig111a
cylinderek, 4 głowicy,
7
-
tlOc:l.ek, S -
pierścień ,
8
-
mechanizmu piszącego, 9 - s pr ę:tyna (i;ystemu Grosby), 10 r ysik, 11 - bQben , 12 - blaszki przytrzymuj ące p apier, 13 sznurek n apędu indyk atora. 14 - ś rubo r.egulujqca docisk l'yslka, 15 - swor zeń dystansowy, 16 - podstawa urządzenia piszącego, 17 na krętka motylkowa mocująca, 1 8 rolk
2•.i -
P_t acowni<1
1el'1111il-z11u <.Ilu techn.
nik całkujący: iloraz l O OOO mm2 przez liczbę działek stanowi stałą planimetru przy danym ustawieniu ramienia (przy innym ustawieniu ramienia stała ma inną wartość) 4. Przebieg
ćwiczenia
Zestawić
dane ogólne; Typ sprqżarki .„ ...... . t-:ir irma „ „ „ .. „ „ . „ Wielkości znamionowe ciśnienir 1..loczenia Pt -= ciśnienie ssania Ps - · .. . MPa prędkość obrotowa n = „. obr/min Silnik napędzr.jący: napiqcie U= „. V
g
3
r
r-
15
1.§.
\I I \ \
11
.„ MPa
I
'
'l
I I
I
',
Rys. VTTl-12. Planimch· biegunowy kompl·nsctt•yjny [25] rami<; Ł11egu11owc u,;Lnlc1j 4ce, 2 romiP, blt>gunowc wodzące, 3 - czop prze11.ubowy, 4 - biegun, :; - kolec wodzący, G - stopk.r.i, 1 - wodzik, 8 - śruba nostawcza, !l - śruba blokująca f;rubę nastawczą , 10 - ś1·uua blokująca ramię wodzące z korpuse m, 11 noniusz, J2 - tarczn licznika, 13 - kolko całltujqce, H. - noniusz pomiarnwy, 15 - kólko prowadzące, spC'lniające rolę podpory, J6 - korpu:i licznika l -
402
moc znamionowa P= ... kvV prędkość obrotowa n= ... obr/min Otoczenie hi= ... hPa; t 0 =- ... °C Indykator typ . ... „.„.„ . firmy „„ ..... . średnka tłoczka dt-= .„ stała sprężyny f spr= ciśnienie maksymalne Pm - „. Wykonać obliczenia Moc indykowaną maszyny tłokowej jednostronnego działania sprężarki tłokowej jednocylmdrowej można obliczyć wg wzoru p1 ·A· S ·n P,.=--~ 600
gdzie: Pt -
kW
średnie ciśnienie
indykowane, MPa, A - powierzchnia czynna tłoka, cm 2 , S skok tłoka , rn, n prędkość obrotowa, obrhnin. Potrzebne wurtości wyznacza się następująco: Średriie ci8nieme indykowane Pt wyznacza sję na podstawie śred- · niej wysokości wykresu (jak na rys. VIII-13)
Hys. VIII-13. Przyklacl wykresu indykatol'O\VC· go
pow1erzchnia wykresu, mm2 , Zw - długość wykresu mm. Średnie ciśnienie indykowane wynosi
gdzie: Aw -
h
p, = r MPa spr
403
gdzie: fspr - stała sprężyny w mm/MPa Moc indykowana
gdzie: c=
A·S 600
stała
cylindra.
5. Uwagi do sprawozdania Załączyć
-
wykres indykatorowy Podać wnioski na temat wykresu. Wykonać niezbędne obliczenia.
Ćwiczenie
Vlll.6
REGULACJA PRĘDKOSCI OBROTOWEJ SILNIKOW SPALINOWYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z możliwościami poprawy pracy silnika oraz jego trwałości przez regulację prędkości obrotowej . szczególnie przy biegu luzem. • 2. Wy,.Posażenie: Stanowisko z silnikiem o zapłonie samoczynnym z kompletnym wyposażeniem w przyrządy pomiarowe, stanowisko z silnikiem o zapłonie iskrowym z kompletnym wyposażeniem w przyrządy pomiarowe, komplet kluczy płaskich i nasadowych, komplet wkrętaków, instrukcje obsługi badanych s ilników, rysunki silników i instrukcje regulacji. 3.
Wiadomości uzupełniające
Głównym
celem r egulacji prędkości obrotowej jest dążenie do zmniejszenia tej prędkości przy biegu luzem. Duże prędkości obrotowe silnika na biegu luzem powodują nadmierne zużycie paliwa, gwałtowny wzrost temperatury silnika, bezużyteczną nadmierną pracę poszczególnych części a więc szybsze zużycie silnika. Regulacja 404
prędkości
obrotowej polega na
oddziaływaniu reguła-
1
Rys. VIIJ-14. Schemat regulatora jednozakresowcgo [26) l 3 i 6 -
listwa 4 -
łożysko
jąca, 9 -
pompy wtryskowej. z - dźwignia dwuramienna, nastawcze zakresu pracy, 5 - sprężyna stała, oporowe, 7 - c1c:żarek wirujący, 8 - sprc:żyna wiruobrotu ciężarka, 10 - trzpień
zębata
pokrętła
oś
torów na układ zasilania silników. Ze względu na zakres działa nia regulatory dzielimy na: a) jednozakresowe (rys. VIII-14) - stosowane przy silnikach napędzających odbiorniki mocy o stałej pr ę dkości obrotowej, niezależni e od obciążenia, O}
b) I
Jl
F
Rys. VIII-15. Schemat regulatora dwuzakresowego: b) o dwóch rodzajach cięzarków [261 1 -
sprężyna
listwa towej
biegu Juzern,
zębata, 4 -
c iężarek'
2 -
sprężyna
biegu lu7ero, 5 -
a) o dwóch sprężynach,
maksymalnej prędkości obrotowej, 3 ciężarek maksymalnej pr ~d kości obro-
405
r
Hys . V1II-16. S chema t rC'gulatorn odśro<'lkowc g1> [20)
wielozakresowego pcu u ł
przyspiesz.ni3 - ci ę żarek wirujący, 4 lis twa zęba-ta pompy wtryskowe j l
-
ka ,
2 -
sprężyna,
b) dwuzakresowe (rys. VIII- 15) - s tosowane do silników z zasilaniem wtryskowym; regulatory te nie dopuszcza ją do rozbiegania się silników na biegu luzem , czy] i są w tym wypadku jakby ograniczntkfin11 prędkości - po osiągnięciu przez nią określonej wartc~c.:i : prędkości obrotowe w zalo.lonyrń zakresie me zależą od p ol o ż c 1_11a pedału lub dżwigm sterującej, c) nastawne-wielo:wkresowe (rys. VIII-16)
pracuJą
podobnie jak
dwuzakresowe, lecz maJ<.1 dodatkowe urządzenia umożliwiające uzy::;kanie określonej prędkości obrotowe j wału korbowego w zakresie wszystkich prędkości użytecznych; stosuje się je przede wszystkim przy silnikach o dużym nadmiarze mocy. Rozróżnia się również pośrednio
regulatory bezposrednie -
działające
bez-
(w zależności od położenia ciężarków przy ruchu obro-
towym) poprzez diw1gnię na układ zasilania i pośrednie, które działają na układ zasilania za pośrednictwem serwomotoru (siłownika).
Regulacja
prędkości
obrotowej silników z
zapłonem
iskrowym
może być:
zapewmaJąca uzyskanie maksymalnej mocy. b) ekonomiczna - przy której uzyskuje się moc z najmniejszym zużyciem paliwa.
a) dynamiczna -
Powinno się dążyć do uzyskania maksymalnej . mocy przy minimalnym zużydu paliwa. Można to uzyskać stosując: 406
1) regulację kąta wyprzedzani
wyp rzedzenia za plonv.
Pe
6/XI
!Je
n const
Stałe
otwarcie
prze{JIJ,Stn/cy
I--....._ _ _ _ _ _ _ _ _ ()pal
Rys. VlII-17. C harriktcrystyka n•gulacyjna kąta wyprzedzenia zapłonu Li.6]
Bopt
80
Regulacja składu mieszanki ma na celu uzyskanie maksymalnej mocy użyteczn ej i zmniejszenie zużycia paliwa przy stałej pręd kości obrotowej i optymalnym kącie wyprzedzenia zapłonu. Regulację tę można · realizować przez takie nastawienie gaźnika, żeby zużycie godzinowe paliwa odpowiadało naJmniejszemu zużyciu jednostkowemu, !1 moc była mnj ejsza od maksymalnej tylko o 7+ 12Q/o. 4. Przebieg
-
ćwiczenia
W oparciu o obserwacją urządzeń do regulacji silników zapoznać się z ich działaniem.
5. Uwagi do sprawozd
krótko poznane metody regulacji
prędkości
obroto-
wych. 407
Narysować
dzeń
uproszczone schematy działania poznanych do r egulacji prędkości obrotowej.
Ćwiczenie
urzą
Vlll.7
REGULACJA GAźNIKA
1. Cel
i
ćwiczenia:
zapoznanie
si~
z
budową, działaniem , obsługą
regulacją gaźnika.
2. Wy posażenie : gaźnik typu ·weber 28-36 DCT z samochodu F iat 1300, komplet kluczy płaskich i oczkowych, komplet wkrę taków, suwmiarka , pompka powietrzna, naczynie i pędzel do mycia i czyszczenia gaźnika, plansza - schemat gaźnika, instrukcja firmowa obsługi gaźnika . Dane gaźnika: ŚTednica
gardzieli - 21 mm, główna dysza paliwowa 1,25 mm, dysza paliwowa bieg u jałowego - 0,50 mm, dysza urządzenia rozruchowego - 1,50 mm, dysza pompki przyspieszeniowej - 0 ,70 mm, dysza kompensacyjna powietrza - 2,20 mm.
3.
Wiadomości uzupełniają ce
Regulację gaźnika
przeprowadza się zwykle przez regulację pręd obrotowej b iegu jałowego, po sprawdzeniu dz iałania gaź nika lub po jego czyszczeniu.
kości
Sprawdzanie
gaźnika
Obejmuje ono następu.1 ące czynności: a) sprawdzenie poziomu paliwa w komorze pływakowej (obserwacja wylotu dyszy paliwa), b) sprawdzen ie układu dźwigni uruchamiającej tłoczek pompy przyspieszającej (sprawdzenie jakości wtrysku paliwa do gardzieli gaźnika) , 408
c) sprawdzenie pracy gaźnika w zakresie małych prędkości obrotowych biegu jałowego silnika (obserwacja równomierności wzrostu prqdkości obrotowej silnika przy powolnym otwieraniu przepustnicy), d) sprawdzenie przepustowości dysz za pomocą specjalnego urzą dzenia (rys. VIII-18), e) dokładne sprawdzenie działania gaźnika (jakość spalania) na podstawie analizy gazów spalinowych; używa się do tego celu. w czasie pracy silnika analizatcrów, które p obieraj ą próbki gazów wprost z rury wydechowej.
\
I ~
Rys. VIlI-18. Urządzenie do s prawdzania przepustowoś c i dysz [261
409
Znane są rozne analizatory przenośne. Wygodny jest angielski analizator elektryczny Crypton (rys. Vlil-19). Jakość mieszanin - stosunek powietrza do paliwa - w zależności od warunków pracy silnika przedstawia wykre::> (rys. VIII-20) . .Jeśli wskazania analizatora. pokrywają się z wartośdami z tego wykresu, oznacza to, że gaźnik działa prawidłowo. W przypadku odstępstw trze„ ba przcprowadz]ć regulacjq prędkości 0brotowcj biegu jałowego silnika.
Rys. VIII-19. Analizator elektryczny Crypton [261 1 -
miernik, 2 -
przewód
uchwyt do mocowania, s -
gięik1,
3 - filtr, 4 rura wylotowa, 6 -
podziałl;:a wskaźnika
Czyszczenie
gaźnika
Zgodnie z instrukcją czyszczenie gaźnika powinno się przeprowadzać raz w roku po przejechaniu 10 OOÓ km. Należy zdjąć filtr powietrza, a następnie odjąć pokrywę wraz z pływakiem, po uprzednim odkręceniu kluczem 1'7 mm przewodu doprowadzajqceg_o benzynę do gaźnika. Następnie wykręca się główną dysz.ę paliwową kluczem oczkowym lub płaskim 14 mm, po czym kluczem 12 mm wykręca się dyszę paliwową biegu jałowego. Dyszę czyści się, przedmuchując ją sprężonym powietrzem. Następnie czyści się komory pływakowe z resztek benzyny, wody i osadów, 410
ł~!J aa „, ~~ 'ń
-
.
llvtilomienie
sllniku(9:f)
" • V
ł
~
\& ~(f2:t) -5! -,./
'
~
3
ł~ 20
o
.l!'wi/oweprzysplwenie(l2.· 1)
j \
J .,'łiij;,';,'i1idWiD
: ·••. ./ ' .... "·. ,,;" ~--~~-~--~--- ~-~ C~ifMf! ofMllf!iePl'lPfJIJSfrńey Preli.k~ el
21
40
. 80
tlJ
PrędkrJStjaldy
fi.Jl
km/h
f10
Rys. VIll-20. Wykres zmian stosunku powietrza do paliwa w mieszance w zależności od waru11ków pracy silnika [26]
'
wycierając
czystą szmatką. Sprężonym
powietrzem przedmuchuje się w~zystkie kanały znajdujące się w korpusie, następnie zaś, odkręcając wkręt kluczem 17 mm, wymontowuje się filtr paliwa. Siatkę filtru oczyszcza s1 ę- z nagromadzonych zanieczyszczeń. Przy składaniu gaźnika należy uważać ~a prawidłowe zło żenie wszystkich elementów. Regulację
je
prędkmki
obrotowej ruchu płowego przeprowadza się w następujący sposób. Nagrzewa się silnik do normalnej temperatury eksploatacyjnej (75 +85°C), następnie - za pomocą śruby oporowej przepustnicy obniża się prędkość obrotową, tak jednak, aby silnik nie zatrzymał się podczas trwania biegu jało wego, po czym przekręca się śrubę regulacji składu mieszanki biegu jałowego w prawo, aż do chwili gdy silnik zwolni prędkość lub zacznie pracować nieregularnie. Od tej chwili należy śrubę regulacji składu mieszanki pokręcać w lewo, obserwując uważnie pracę silnika. śrubę pokręca się tak długo, aż silnik będzje pracował równo. Nas tępnie za po,.mo cą śruby oporowej przepustnicy zmniejsza się prędkość obrotową biegu jalowegu. Wszystkie czynności związane z ustawieniem śruby regulującej skład mieszanki i 5Tuby oporowej, przepustnicy można powtórzyć aż do uzyskania w pełni regularnej, równomiernej, bez skłonności
411 '
do zatrzymywania się , pracy silnika przy małej prędkości biegu jałowego 600 obr/min. Dane potrzebne do regu lacji gaźników zestawiono w poniższej tablicy.
Fiat - 1300
Webe r
28-361 24
1,25
2,20
0,50
1,50
0,70
600
DCT - --
Syrena 104 - - --
IKO V-35 1 POH 27 / 048 _ _
_
1,90
-
_ _
0,50
,_ _ _
~--1--
1,50 19 -1
1,40
il265+] [300+] o 60 [100+]/[100+] G35
--- - --
,_ _ - - - - 1 - - -- 1- - 1 - - - 1 - - - - - - - - - - -
Warsza-
wa 204
1,30
- --
27
3,5
7
•
2
I
2
1 80 •
14,5+ 450-;-. o.s
0,8
Liczby w klamrach podają przepustowość poszczególnych dysz w cm 8/ min mierzoną przy· c iśnieniu ok. 10 kPa, w temperaturze 20°C.
4. Przebieg
ćwiczenia
Zapoznać się
z częściami składowymi jednego z wymienionych w tabelce typów gaźników przez całkowite rozebranie, oczyszczenie i złożenie gaźnika . Przeprowadzić sprawdzenie działania gaźnika na stanowisku jak w ćwiczeniu VIII.5. Określić jakość spalania za pomocą analizatora• spalin (wyznaczyć stosunek zużytego powietrza do zużytego paliwa i porównać z wykresem). "412
W za leżności od uzyskanych wyników jakości spalania dokonać regulacji obrotów biegu jałowego . 5. Uwagi do sprawozda nia: Opisać
przebieg czynności w czasie Załączyć szkic badanego gaźnika.
ćwiczenia.
Ćw i cze ni e Vlll.8 BADANIE SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ
1. Cel ćwiczenia : zaznajom ienie się z działaniem sprężarki wej oraz pom iarem charakteryzu j ących ją wielkoścl.
7
tłoko
6
/
Rys. VIII -21. Schemat
układu
siln ik e lektryc-.my, 2 czeńs twa, 5 manometr, 6 9 - ind ykator
l
-
2. Wy posażeni e: metr.
pomia rowego
sprężarka
tłokowa ,
przewód si;awn y,
sprężarka tłokowa ,
sprężarki tłokowej
3 7 --
zbiornik, 4 - zawór bezpieprzewód tłoczny, 8 - U-rurka,
indykator, planimetr, tacho-
:t
Wiadomości uzupelniając~
Zajmiemy się sprężarką tłokową jednocylindrową w układzie z zamontowanymi kompletnymi przyrządami pomiarowymi - np wg rys. \III l -·21. Ćwiczenie to nnJlep1ej wykonać bezpośrednio po ćwkzenm VTIT.5 wszy::;tkie dane dotyczące spręzarki i dane ogólne przy j
4
m3/h
współczynnik wydajności (sprawność objętościowa
pompy) jest stosunkiem rzeczywistej wydajności pompy (zredukowanej do warunków ssania) Vs do objętości teoretycznej Yt wypieranej przez tłok w jednostce czasu. 'Współczynnik ten wynosi zwykle
vs
A = V = 0,65 -· 0,9 t
c)
wydajność
rzeczywista zredukowana do warunków ssama
d) moc teoretyczna
1 Pt Pt=p ·V · · ln s s 3,6 Ps
(gdzie P:; i Pt 4. Prze bieg
kW
w MPu)
ćwiczenia
I
-
Zestawić
wyniki pomiar6w
1 obliczyć
wg tablicy ze str. 415
5. Uwagi do sprawozdania: „
-
414
Wykonać
schemat urządzeni<:\ z zamontowanymi pomiarowymi, Wykonać odpowiednie obliczeniu.
-----.
-
--;-
J
przyrządam i
•
Wielkość
Średnica tłoka
2
Skok
3
Czynna powierzchnia
4
Stala cylinclrn
5
Liczba cykli na
6
Stała sprężyny
9
10
tłoka tłoka
J
Srednie
A
mm2
f spr
-MPa
indykowane
.
11
W spółczynnik wydajności
12
Wydajn ość
mm
Pi
MPa
Pi
kW
Vt
-h
l.
-
Vs
-
ssawnym
Ps
MPa
15
Moc teoretyczna
Pt
kW
16
Moc silnika e lektrycznego
\
.I
Pi
kW
1Js
-
"lp
-
w przewodzie
I
Sprawność
silniku elcktrycz-
nego 18
-'-----
w przewodzie MPa
1'1
'
m3 h
Pt
Ciśnienie
,,
.. . Wartość
mS
r zeczywista na
tłocznym
14
I
mm
h t·
teoretyczna na
-
I
indykatora
ssaniu
I
m
min- 1
Moc indykowc:.ina
Ciśnienie
s
n
ssaniL1
13
mm
minutę
ciśnit'n ie
Wydajność
D
c
Srednia wysokość wykresu
7
I · Jed~?stka.'. wymiat . .
1
8
I Symbol
mierzona
Sprawność przekładni
pa-
SOWt' j
19
Sprawność
indykowana
1Ji
-
20
Sprawno ść
mechaniczna
1Jm
-
21
Sprawnoś ć
agregatu
'l]a
-
22
Moc napQdowa
Pe
kW
sprężarki
'
415
Ćwiczenie
Vlll.9
BAD~NIE KOTŁA
PAROWEGO
zapoznanie się ze sch ema tem pomiarowym kotła parowego, określenie poszczególnych punktów pomiarowych dla kotła rzeczywisLego oraz wykonanie bilansu kotła . 1. Cel
ćwiczenia:
2.
Wypo~ażenie:
schemat cieplny siłowni, schemat po~iarowy kotła, instrukcja obsługi kotła wraz z instrukcją bhp, wykres i-s, tablice parowe. Ćwiczenie to należy wykonać:. w siłowni (przemysłowej) o dobrze zorganizowane] gospodarce cieplnej i wyposażo nej w pełną dokumentację. 3.
Wiadomości uzupełniające
Najpierw należy zapoznać się z typem kotła i nazwą zakładu produkcyjnego. Na~iępnie trzeba poznać części składowe kotła i określić ich wielkości charakterystyczne, takie jak: powierzchnia ogrzewalna parownika, powierzchnia ogrzewalna przegrzewacza pary, podgrzewacza wody oraz powietrza, powierzchnia rusztu lub rodzaje i system zabudowy palników, objętość komory paleniskowej, wydajność nommalna i maksymalna, ciśnienie nominalne i maksymalne, temperatura pary przegrzanej, temperatura wody zasilającej oraz ciśnienie za przegrzewaczem. Z kolei notuje się dane dotyczące otoczenia - stan barometru, zredukowane ciś nienie otoczenia, temperaturę otoczenia, wilgotność względną. Następnie mierzy się natężenie przepływu pary oraz zużycie godzinowe paliwa, określa wartość opałową paliwa oraz jego skład chemiczny, mierzy iloś ć popiołu i żużla oraz określa zawartość w nich części palnych. Wykonuje się również analizę spalin i mierzy ich temperaturę oraz określa ciągi w czopuchu i komorze spalania. Następnie oblicza się nadmiar powietrza i ustala potrzebną wartość entalpii. Vv końcu należy zapoznać się z systemem nawę glania i przygotowywania wody dodatkowej, zorientować się w schemacie cieplnym siłowni oraz określić straty energii na potrzeby własne 416
ćwiczenia
4. P1·zebieg
\Vyznaczyć
energiq cic1>lrn.! (jNłnostkuwc.i) dostarczan:1 z pnllwcm (w przeliczeniu na i h)
Q; =-= H · W u gdzie:
godzinowe zużycie paliwa, kg/b, wartość upalowa paliwa, k.J/kg.
13 -
Wd
· kJ/h
-
Wyz11aczyć ciepło
przejt;le przei pc,dgrzewacz wody w czusie
1 h
kJ/h
Qwj= Gw · liwi!- iw1)
gdzie:
Gw -
natężenie
przepływu
wody przez podgrzewacz,
kg/h, iw1, iw1 - entalpie wody - odpow1eunio no wloc~e i wylu. cie z podgrzewacza. Wyznnezyć ciepło prz~jęte przez koc.iol właściwy w czasie 1 h Qlcj~ Gp ' (ix
gdzie: Gp i.z; -iw1 -
\Vyzn~H.:zyl:
lw2)
kJ/h
ilo:;;6 pary wyprodukownnej przez kocioł w c1qgu l godziny, kgl h, 4 entalpia pary n..i wlocie do podgrzewacza, kJ/kg, entalpia wody na wylocie z podgrzewacza wody, kJ/kg, ci~plu rJrzejL:le przez przegrzewacz pary w czasie
l h QJJ;=Gp . (i pp- L:r)
kJ/h
gdzie ivp - entalpia pary nn wylocie z przegrzewacza pary, k'J/kg. U waga: w przypadku niemoż.11ości ustalenia stopnia suchości x dla ublicz1.·nia entulpii pary nasyconej mokrej i.c - ciepło przejęte przez kodol właśL'iwy i przegrzewacz pnry obliczyć razem QkpJ \Vyzmt<:zyć
Gµ · (tpp- iwt)
:::;trat i:: niedupt.llu w
żużlu
k.J/h
i przesypie
Q nJ=R · c · 33100
gdzie: R 27 -
l
pozostało~c
!011. 0 W11 J. 1
kJ/h popielnikowa, kg/h,
l el.! lllill'l.llU ula tecl.lll
-117
e-
zawartość
czystego węgla w pozostałościach popielnikowych, kg/h. Wartość 7900 · 4,19 ~ 331 OO kJ /kg *) dla węgla kamiennego uwzględnia jego skoksowanie; dla węgla brunatnego odpowiednio przyjmuje się 6200·4,19 ~ 26 OOO kJ/kg. - Wyznaczyć stratę wylotową (kominową) _
100 . B . Wa
Q wytj -
gdzie:
ąwyi -
współczynnik
Współczynnik
ten równa
-
qwyi
kJ/h
str at wylotowych, 0/o.
się
- • . (tsp-tpow)+ 0,59 · CO O/ qwvt -~a C02+co 110 gdzie: a - współczynnik zależny od rodzaju i wilgotności paliwa (przyjmuje się go z wykresu - rys. VIIl-22), tsp temperatura spalin u wylotu z urządzenia kotłowe go, ° C, tpow - temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, ° C, CO, C02 - zawartość CO i C0 2 w spalinach, 0/o. - Wyznaczyć stratę niezupełnego spalania _
qco1
/
Qco-10(). B. W a kJ h gdzie: ąco -
współczynnik
strat niezupełnego spalania, ~/o.
1,1
)
76
14 „~ 12 10.::;
1,0
„01 /„
G
_,ij /. // 8 (fi!
/
-O,Bo
70
Zawartość
*}
~~
~V: 0
v ..
_.,. ~ ~ l / ~ __.. L:::::;: t:/' .....
20 30 40 fil wilgoci w paliwie, w %
Czynnik 4,19 wprowad zono w
= 4,1868 ~ 4,19 418
kJ).
/
60
związku
Rys. VIII-22. Wykres współczynnika
o
z zamianą kcalfh na kJ/h (1 kcal=
Współczynnik
ten wynosi
qco=
V · 3020 ·CO W d
spalin, norm. m:ł/kg , zawartość CO w spalinach, 0/o. Wyznaczyć ciepło jednostkowe (w przeliczeniu na 1 h), uwzględniając straty na gorący żużel i sadzę oraz uwzględ niając błąd pomiaru
gdzie: -
%
V CO -
objętość
Qrj = Q;- (Qkj+Qwj+Qpj+ Q11j+ Qw~l j+ Q coj)
5. Uwagi do sprawozdania
- Wyznaczyć uproszczony bilans cieplny przy jednym obciążeniu (punktowy). Ćwiczenie
kotła
wg pomiarów
Vlll.10
BADANIE TURBINY PAROWEJ
1. Cel badania: zapoznanie się ze schematem cieplnym siłowni i pracą turbozespołu (wg schematu pomiarowego turbozespołu należy odszukać poszczególne punkty pomiarowe) oraz obliczeniem sprawności turbiny i sprawności ogólne j siłowni. Wyposażenie:
schemat pomiarowy turbiny, schemat cieplny siłowni, tablice parowe, wykres i-s (rys. VlII-23). Ćwiczenie to należy wykonać w siłowni o dobrze zorganizowanej gospodarce cieplnej i posiadającej pełną dokum e ntacj ę . 2.
3. Przebieg
ćwiczenia
Na wstępie należy zapoznać się z typem badanej turbiny i systemem siłowni (blokowy, kolektorowy). Pomiary i obliczenia należy wykonać przy jednym obci ążeniu . -
Dane ogólne turbińy : Firma ..... „ .. .. .•„„„ .....• „„ • . •• „.„. typ .. „„ ..„„ . „ ... „ •. „.„ .„ rodzaj rok budowy „„ .. „ ••. „.„.„.„„ ... . „ .. liczba zaczepów „ ..... „.„. 419
i
s • R Y::i. VI lI <>:l. \\ ·ykn ::-.it• ;-.~
Wy k1 L'S Jll<~ cy u luku 1' 'ldt;ł-tur bir1..i na
prędkość
moc znam!unuwu
ciśnienie ~nttmionowe
pary ··temperatura znamionowa p:.iry P~ne generutoru:
I'irrna ..... „
.„„„ .• „ „ . „ . „ „„. „„„ . . „„.„ „ .. „„„.
moc pozorna
typ ...„.
znamiono\v·y \.\'::.pólczy1mik mocy co::; rp •...„ .•..• . „ ··-·„ „ na pięcie zna111ionowe „ 11ul~żenie zn::imionowL pn„dkuśt:
„.„„„ ......
obrotowo· znt.unionowa .. ...... „
tZGStotl1w11ŚĆ
.
Dane w zbudn ic): Firmu . t yp m.1.pit:cie zi..un ionnwP „ „ . „„ „ • na tężenie znumicipo\\'e . ....... _ .. . ....... : . . moc znamionowa .„„ .......... „„• .•.••. JJr<~dkośL'
.„ .„ „
„ ••
u bru to wa :.:11amiu11uw~1
Otuczemc: Sian baroml'iru bt
„ . „ ..•
„.„„ .. . .„
temperatura utuczenia t.;,
Pu
„ ....... „ .. „.„ „ .... •
„„„. „
-·
D;1nc nr a z wyn1k1 pn1n1t1n1w zc•l; tn ',\·i ć
'.\' ponłż~1.ych
tablicach --~
Wielkość
·Lp
mierzona
,Jednostka,
I Symbol
\Yymiar .
---
·--l
llość
(W
pary dolot )WC'j
j~dnostcc cz.:i~u)
mp.i
kg „h
/lri
MPa
"C
.."
Ciśnienie
:i
Tempe r .i turci pary dolotowe.i
t rl
4
Entalpi:i pRry do lotd\vej
l
5
Ciśnieni<:..
(i
Temperatur~
:;
Entalpia p,1ry
8
Entalpia rzecz:ywist3• za tui-
9
10
11
12
13
· --
pary dolotowej
,,. skrnplaczu
rf
I
kJ1kg
p~
MPa
tk
"C
i ..~
kJ/ kg
il
k.T/k~
(w Ji·dnoslcc CZ<.l!:i ll)
mw
kg/h
1\·mpen-1tura wody chłodzą ccj na ·'·locie do Rkraplac:;i:;i
t m1
OC
lm2
oc
msk
kgfh .
biną
Warto5ć
w skraplaczu
(z bilansu skrnplacza)
Pl'.'u•plyw w11cty r h tod_zącej
Tempr:rutura wody chłodz<1 · ~ej na wylocie ze skraplacza Przepływ wody w skraplaczu {w jednostce czasu)
Krotność chłodzenia
l
riiw
mmskj I
----4:~1
Sprawności
Lp.
1
Symbol_ wielkości _ _I_____ - I
Nazwa
Sprawność
2
Sprawność rurociągu
3
Sprawność wewnętrzna
4
Sprawność
,
I
obiegu porów-
nawczego C-R
Wartość
'IC-R 'f/T
tur -
biny
1'/t
mechaniczna
turbiny Sprawność
'Im obiegu rzeczywi-
stego 1jcop=17c - R
6
Sprawność
ny
1je
'l'}t • 'l'j r
'7COO
efektywna turbi-
=r,t • 17m
ł'je
Sprawność
7
generatora (z wykresu dla danego obcią
8
Sprawność turbozespołu
żenia)' 'l'}tz=-'l'ji • tjm • Yjg
9
71tz
Spr awność wła sne
ze względu na zapotrzebowanie
energii 10 ll
Sprawność Sprawność
'lPW
tra nsformatora ekonomiczna si-
łowni t/eks = 17C-R · 11r • 71t • 1im•
• 17g 'f'jpw
f}tr
I
")eks
Moce Lp.
1
2 3 4
422
Nazwa
wielkości
Moc elektryczna generatora Współczynnik m ocy Moc wewnętrzna turbiny Moc efektywna turbiny
Symbol
Jednostka, wymiar
Pei
kW
cos '? Pt Pe
kW kW
-
Wartość
Jednostkowe
zużycia
I Lp.
Nazwa
1
Jednostkowe
zużycie
2
Jednostkowe
zużycie ciepła
qe
3
Jednostkowe
z.użycie
paliwa
be
4
Jednostkowe umownego
zużycie
paliwa
wielkości
Jednostka, wymiar
Symbol
pary
Wartość
kg/(kW · h)
9e
I I
kJ/ (kW · h}
kg/(kW · b)
kg/(kW · h)
bu.
Wzocy
m
gP =
kg '(kW·h)
PPi e
3 600
be
kJ/ (kW · h)
3 600
=
'Ylek.s.
kg/(kW · h)
wd
3600 1'/eks • 33100
bu =
kg/(kW' . h)
I
4. Uwagi do sprawozdania
-
\Vykonać niezbędne
obliczenia. Bilans cieplny turbiny przedstawi ć graficznie za kresu Sankeya.
pomocą
wy-
p
Pytania -
sprawdzające
Od jakich czynników
oraz jeg·o -
zależy ilość
powietrza
tłoczona
przez wentylator
ciśnienie'?
Jakie czynniki wpływają na wysokość podnoszenia wody i jej otrzymaną z pompy odśrodkowej (wirowej)?
ilość
423
-
Jakie charakterystyczne
wklkośc'i
F.prnwriza ::;ie; przy b;idaniu silnika
spalinowego? -
-
rodzaje strat energii cieplnej w czasie pracy silnika spalinowego. Na czym polega pomiar powicrzl'hni planimetrem biegunowym? Jak dzia.la indykator? Jak zmicniet siG jego zak. e3 pomiarowy? Jak przebiega pomiar mocy jndykowane} cieplnej rnnszyny tłokowej? Jakie stosuje się rodlaje n>gu}atorów prędkqśr.i obrotowej przy silnikach spalinowych? Jakie wielkości można regulcwać w cza!=ic pracy ::;ilnika? .. Jakie występują dysze w gaźnikll silnika spalinowego? Jakie elementy reguluje się w gGJźniku silnika spalino·weuo? Na czym polega budilnic spn~żarki tłokowej? Jak1c są wielkości charnktcryslycznc kotfa paro•.vego? Wymień składniki bilansu cieplnego kotła parowego Jakie parametry podlegają mierzeniu w czasie pracy kotła parowego? Na czym polega badanie turbiny parowej'! Wymień
Rozdział
.
IX
ĆWICZENIA
.
Z OBROBKI PLASTYCZNEJ
WIADOMOSCI WSTĘPNE
.Takość
v:yrobu gotowego zależy nie tylko od rodzaju materiału i sposobu jego wytworzenia, nle tnkżc w znacznym stopniu od dokładności maszyn i narzqdzi, za pomocq których W)rób otrzymano. Dlatego kontrola P!acy tych maszyn oraz wymiarów elementów kształtujących wyrób ma duże znac7enie. Ćwiczenia z zakrt'„u obróbki plastycznej obejmują zasadniczo dwie grupy zagadnie11, a mianowicie: 1) badania maszy1i i urządzęń do obróbki plaslyezm~J. 2) kontrolę przydatności mater.ialów do tłoczema i dokładności \vykonania v1ryrobów uzyskubych w wymku procesow obróbki plastycznej. Badanrn maszyn l urządzeń dotyczą: · parametrów mu·hanicznych pras i m,łolów, energii uderzenia młota, nacisku nominalnego prasy, dokładności wykonania i kszL1łtów geometrycznych zasadniczych elemt.;:ntów pras i młotów. \V badania<.:h tych stosuje się róine przyrz~1dy pum,arowe: liniały, kqtowniki, szczelinomierze, płytki wzorcowe, czuJniki itp. Badania na lezy przeprowadzać według zalecei1 polskich norm. Druga grupa ć~iczei1 jest obszerniejsza i obejmu.ie sprawdzanie przydatności materiałów stosowanych do tłoczenia oraz kontrolę wyrobów gotowych. Przydatność materiału do tłoczenia określa się z użyciem specjalnego urządzenia, jakim jest tłocznik doświa:d123
czalny. Wygląd powierzchni wytłoczki decyduje o przydatności blachy do procesów tłoczenia. Kontrola wyrobów gotowych polega na sprawdzeniu ich kształ tów i wymiarów oraz obliczeniu odchyłek wymiarowych i porównaniu ich z wymiarami i odchyłkami podanymi na rysunkach. Jako przyrządy pomiarowe stosuje się sprawdziany (płytkowe i dwugraniczne), macki zaopatrzone w czujnik lub noniusz, czujniki, płyty kontrolne, suwmiarki itp. W czasie ćwiczeń wymagających pracy na młotach i prasach mechanicznych należy zachować szczególną ostrożność; niestosowanie się do instrukcji bezpieczeństwa i obsługi maszyny może spowodować bardzo poważne wypadki.
Ćwiczenie
IX.1
POMIAR WYKROJOW MATRVCV KUtNICZEJ
I SPRAWDZENIE JEJ KSZTAtTOW WZORNIKIEM
1. Cel ćwiczenia: wykonanie pomiarÓ\V odlewu w celu sprawdzenia zgodności wymiarów i ksz tałtu wykroju z rysunkiem. 2. Wyposażenie: komplet wzorników, 6 kompletów form matryc przygotowanych do odlewu, piece do grzania metali. 3.
Wiadomości uzupełniające
Do sprawdzania wymiarów narzędzi do kucia używa się warsztatowych narzędzi pomiarowych lub sprawdzianów. Kontrola wykroju matryc polega na sprawdzaniu: - wszystkich wymiarów odkuwki na odlewie modelu wykonanym z ołowiu lub siarki z grafitem, - prawidłowości rozmieszczenia wykrojów w obu połówkach matryc (wykroje powinny być ułożone symetrycznie względem siebie). Uwaga: Przy sprawdzaniu odlewu ołowiowego należy uwzględ nić skurcz, równający się w przybliżeniu skurczowi stali (ok. 1,5°/o), przyjmuje się, że odlew ołowiowy wymiarowo odpowiada odlewowi ze stali. 426
Dokładność
i
prawidłowość
4. Przebieg
ćwiczenia
wykonania wykroju matrycy ma duży wpływ na jej trwałość ; trwałość matrycy zależy także od gatunku stali, z jakiej jest wykonana matryca, kształtów i wymiarów odkuwek, sposobu eksploatacji urządzenia, końcowej temperatury kucia, sposobu wykonania wykrojów oraz chropowatości powierzchni wykrojów.
-
Samodzielnie wykonać odlew gólnej ostrożności).
ołowiowy
(z zachowaniem szcze-
a)
Rys. lX-1. Kontrola. przesadzenia odkuwki
(modelu): a) za suwmiarką [16]
-
-
pomocą
sprawdzianów. b)
Przygotowany uprzednio wsad włożyć do pieca grzewczego, piec podłączyć do sieci (czynnosci te wykonują 2 osoby). Rozgrzany metal nabrać łyżką i wlać do uprzednio przygotowanych matryc (w oczekiwaniu na ostygnięcie metalu uczniowie sprawdzają rysunki, według których wykonano formy i przygotowują tabelki do zanotowania wyników pomiarów). Wystudzony odlew wyjąć i za pomocą odpowiednich sprawdzianów skontrolować przesunięcie m~trycy (rys. IX-la). Kontrolę przesadzenia odkuwek okrągłych przeprowadza się przez sprawdzenie suwmiarką różnicy wymiarów (rys. IX-lb). Prze„ sunięcie oblicza się wg wzoru
427
Dokonać
kontroli '\Vymiarćm· v:ykroju. Kontrola l::i polega na zmierzeniu za pomocą SU\vmiark1 wszystkjch wymiarów odkuwki - odlewu ołowiowego. \Vymki pomrnnhv zanotowac w tabelce i porównać. z odpowiednimi wym1arnmi zamieszczonymi na rysunku wykroJU matrycy. Spra\vdz1ć: wykróJ z użyciem wzorników. \Vzorniki bardzo do„ kładnie przyłożyć do \vykruju. Dukbdność wykonnma wykroju jest określona przez wartość prześwitu pomiędzy wzornikiem a zarysem wykroju. PrzeŚ\Ylt ten ( 1p) zmierzyć szczelinomierzem. :i. Uwagi do spra\'\.Ozclania Opisać
przebieg FOmiaru odlewu . sprawdzenie wykrojów wzornikiem. Załączyć tabPlkę z wynikami pomiarów. Pocfac w meJ różnicq pomiędzy wymiarami na rysunku a v.ymiannni olrzyrnunyrni podczas pomiarów. Wykonać szkic kontrolowanego wykroju. . Na podstawie zmierzonego wymiaru L\p oceuić stopien zużycia matrycy uraz. jf'J przydatność do dal~ze.J prcJcy. Opisać
Ćwiczenie IX.2 POMIAR TŁOCZNIKOW
1. Cel nviczenia: zapoznanie się z charakterystycznymi wymw.rami występującymi w tłocznikach. 2. Wyposażenie: rysupek wycinanego przedmiotu (z wymiarami nominalnymi), tablice tolerancji , tnblicc. zużycia stempli. 3.
Wiadomości uzupełniające
Za':iadniczymi czcści<.tmi Lłocznika ::;ą .stempel i płyta tnąca, zwana też matrycą. Stempel (górną część tłocznika) mocuje się w suwaku prasy za pomocą czopa lub - w przypadku dużych płyt głowicowych ~a pomocą śrub i docisków opierających się na
kołnierzu płyty. \\iymiary \Vykonywanyc.:h przedmiotów zależą od wymiarów stempli i matryc. Przy wycinaniu przedmiotów V\ ykrojrnkami zewrn:lrzne wyrninry przedmiotu s,1 prawie rów11e wymiarowi otwuru mo.irycy, a wymiary otworów - wymiar01n
stempli. W praktyce stosuwane jest tolcrownuie tylko 3cunego elementu tnącego - stempla Jub matrycy lub jednoczr:-śnie obu elcmen-
H.ys. lX-2. tnąc.:y<.11
'l'olerow:rni~
t!ocz·1ik0\\:
li)
1·ll•nw11tów m;.itryt'y, 11)
~\~infJl.l [:łrj
tów tnących. Rys. IX-2a prz0df'thwia spusób tolerowania otworu matrycy do wycinania zewnętrznego zarysu przedmiotu. Wymiar otworu matryc) określa wzór J) mz
w którym:
Dmz Dp:: -
.Zm 'l
, pz -
= (D
p~
- Z m - 'I' m.;: ) + Tmz
nomin;.tlny wymiar otworu mutrycy, nominalny wymiar zewn~trzncgo zn rysu przedmiotu, maksym.Ęllnc zużycie matrycy, tnleruncju wymiaru Dm:::·, tulcraHcj~ wymiaru DP~·
Przy tym 7' 11• ~ Tmz < T pz Na rysunku IX-2b przedstnwwno spos6b to!crowania stempla do wycinania otworow. Wymiar stemplu określa się ·wg wzoru
I
w którym:
nominalny wymiar stempla, Dpo - nominalny wymiar wycinanego otworu, Zs - maksymalne zużycie stempla, T 80 - tolerancja wymiaru Dso, T po - tolerancja wymiaru Dpo· Powszechnie przyjmuje się tolerancję otworu matrycy lub stempla równą 20-:-30'0/o tolerancji wycinanego przedmiotu. Dla uzyskania odpowiednio dokładnych ·wyrobów muszą być zachowane właściwe luzy pomiędzy stemplem a matrycą. Srednio przyjmuje się wartość luzu wynoszącą 0,3 mm na stronę . Dso -
Rys. IX- 3. Wzajemne położe nie pól tolerancji matrycy i stempla do wycinania: a) kształtów zewnętrznych, wewnętrznych [36]
b)
Zamienność
matryc i stempli uzyskuje się dzięki tolerowaniu obu elementów. Koszty wykonania takich elementów są wysokie, bo -tolerancje są niewielkie. Zachowanie jednak małych tolerancji jest podyktowane koniecznością utrzymania właściwych luzów między krawędziami tnącymi stempla i matrycy. ZAleżności te ujęte są wzorem Zm + Z li +Ts+Trn ~ Lma:r - Lm'ln w którym:
Lmax; Lmtn -
luzy maksymalny i minimalny między
krawędziami
tnącymi
stempla i matrycy. Tm tolerancja matrycy, T s - tolerancja stempla (ptzyjmuje się T s ::::::: 0,5 Tm), Wartość rzeczywista luzów powinna się zawierać w granicach 201>/o ich nominalnej wartości. 430
Przy wycinaniu przedmiotów z cienkiego materiału różnica mię-. dzy luzem maksymalnym a minimalnym jest bardzo mała, a zatem i pole tolerancji małe, co nie zawsze jest konieczne. Rysunek IX-3a przedstawia wzajemne rozmieszczenie tolerancji matrycy, stempla i przedmiotu w przypadku wycinania zewnę trznego zarysu przedmiotu. Wymiary m atrycy i stempla wyznacza się wg wzorów D mz -- (D pz -
'
zmz -
T mz)+Tmz
Dsz = (DPi?'-Zmz-Tmz- Lmin)-T;z zmz
+ T m z < T pz
Rysunek IX-3b przedstawia wzajemne rozmieszczenie tolerancji stempla i przedmiotu w pr.zypadku wycinania otworów. Dla tego przypadku wymiary stempla i matrycy określają wzory Dso = (Dpo +zso + Tso)-Tso Dmo = (Dpo +zso + T so + Lmin)+Tmo Zso + Tso
4. Przebieg -
< T po
ćwiczenia
Wyznaczyć nominalny wymiar wycinanego otworu. W tablicach zużycia stempli znaleźć maksymalne zużycie dla
danego stempla. -
Obliczyć tolerancję Obliczyć
nominalnego wymiaru stempla. wymiar stempla.
5. Uwagi do sprawozdania
-
-
Załączyć
szkic i rozmieszczenie pól tolerancji mierzonych stempli i matryc. Podać tok obliczeń wymiarów stempla i matrycy w przypadku tolerowania jednego oraz ob yd wu elementów współpracują cych. Podać stopień zużycia templa w oparciu o tablice zużycia stempla i dokonany pomial\. 431
dnom-drz
ZobL = - d-
--
)/
lOO'}o
nom
gdzie:
Zooi dnom -
drz -
Ćwiczenie
zużycie
obliczone, nominalna średnica stempla, średnica stempla zmierzona (rzeczywi:::;ta).
IX.3
POMIAR ODKUWEK
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sprawdzeniem rzeczywistego stanu odkuwek i porównywanie uzyskanych danych z warun-
kami technicznymi (wg rysunku). 2. Wyposażenie: suwmiarki, sprawdziany, macki, czujniki, pry·.•ny. 3.
płyty,
Wiadomości uzupeJniające
Sprawdzanie dokładności wykonania odkuwek ma ogromne znaczenie przy ocenianiu prawidłowośc.:i wykonania matryc. Dlatego też sprawdzania odkuwek dokonuje się między poszczególnymi operacjami. Kontrola obejmuje sprawdzenie: . właściwego ukształtowania materiału we wstępnych wykrojach, kształtll odkuwki, wszystkich wymiarów odkuwki, prawidłowego ułożenia materiału, prawidłowości
przebiegu włókien. Ćwiczenie wykonuje sit~ za pumoc:ą wzo.rnikóv./ miarowych. 4. Przebieg
przyrzq
ćwiczenia
Kontro!a przesadzenia odkuwek Przesadzenie odkuwek jest to przemieszczenie dwu· połówek odkuwki w pfaszczyźnie podzialowej, powstałe na skutek przesu432
I.
ni ęc1a
siQ górne1 części matrycy względem dolnej. Przesadzenie sprawdza się za pomocą: a) Sprawdzian ów stałych; w tym celu do badanej odkuwki przykłada się odpowiedni sprawdzian (rys. IX-1) i sprawdza wartość przesadzenia 6.p (szczelina między sprawdzianem a odkuwką ) .
b) Sprawdzianów przesuwnych, zaopatrzonych w noniusz lub czujnik; na sprawdzianie tym od razu odczytuje się wartość prz esu nięcia Ó.a (rys. IX-4).
-~ R ys. IX-4. Spra w d zanie przesad ze nia odkuwki sprawdzianem przesuwnym czujnikowym [2] , [8)
c) Suwmiarek - do kontroli przesumęć odkuwek o kształcie okrągłym (rys. IX-lb). \V tym przypadku należy dokonać pomiaru obu poł ówek odkuwki, a wielkość przesadzenia wyznaczyć z zależności 6.p= 0,5 · (D 1 -D 2 )
Kontrola wysokości lub średnicy odkuwek Pomiar przeprowadza siq za pomocą: - suwmiarki, gdy ch odzi o pomiary pojedynczych sztuk, - sprawdzianów stałych do średnic i wysokości przy p omiarze du żej liczby szt uk (rys. IX-5a, b). Kontrola gru bości ścianek Tego rodzaju spra wdzemu poddaje się odkuwki o kształcie tulejek. Pomiar przeprowadza się rn pomocą macek (rys. IX-5c), zaopatrzonych w noniusz lub czu jnik. Umożliwia to dokonanie pomiaru z du żq dok ładnością. . _ Kontrola otwo1·ów odkuwek Pomiarów dok onujemy za pomocą : - narzędzi pomiarowych, :np. suwmiarki jeżeli otwory są 28 -
Pracownia techniczna dl.i tel'lu1.
43:3
w miejscach łatwo dostępnych oraz w przypadku małej liczby sztuk, macek wewnętrznych - w przypadku małych otworów i serii wyrobów (rys. IX-5d), sprawdzianów jedno- lub dwtigrankznych - jeżeli mierzone są otwory duże w produkcji masowej (rys. 1X-5e).
-
Kontrola długnśc:i odkuwek Kontroli tej dokonuje się za pomocą sprawdzianu prętowego z granicznym wytoczeniem (i-ys. IX-5f). Odkuwkę sprawdza się na zasadzie porównania długości sprawdzianu i długości odkuwki.
h)
c)
e)
... Rys. IX-5. Sprawdzanie wymiarów odkuwki (21,
434
rsJ
Koni1'ota rożnych wyr'niarow odkuwek Przez zastosowanie sprawdzianu płytkowego wielowymiarowego (rys. IX-6) można dokonać sprawdzenia od razu ki1ku wymiarów odkuwki od jednej bazy wymiarowej .
Rys. lX-6. Sprawdzian wielo\v ymia rnwy [21 , [8]
Kontrola krzywizny odkuwek cylindrycznych Kontroli tej dokonuje sh~ przez: - toczenie odkuwek po stole (rys. IX-7a, b) lub na pryzmach (każda odchyłka kształtu powoduje zahamowanie ruchu), - obracanie odkuwki w przyrządzie uniwersalnym. Wartość skrzywienia mierzy się czujnikiem (rys. IX-7c). Konlrola rów1wległości pła szczyzn vV celu sprawdzenia rownoległości płaszczyzn odkuwkę ustawia się płaszczyzną przyjętą za bazę na podstawie (rys. IX-8), a na-
a)
:~, ~;Jl~1-A ~
/
C)
Rys. lX-7. Kontrola [2J. [8]
odchyłek kształtu
odkuwek
.
"'"'
stępnie
za pomocą czujników sprawdza się równoległość innej płaszczyzny odkuwki do płaszczyzny bazowej. Płyta, na której umieszcza się odkuwkę, musi być obrobiona bardzo dokładnie .
Sprawdzenie prostopadłości płaszczyzn odkuwki Odkuwkę opiera się na pryzmach ustawionych wzdłuż osi obrotu odkuwki; płaszczyznę prostopadłą opiera si.ę na podporze pryzmowej (rys. IX-8b). Czujnik wskazuje odchylenie od prostopadłości.
a)
płasz
5. Uwagi do sprawozdania Opisać
-
przebieg sprawdzania wad odkuwek. Wykonać szkic do odpowiednich pomiarów.. Wyniki zamieścić w tabelce. Porównać wartości podane na rysunkach w wyniku pomiarów.
z
uzyskanymi
Ćwiczenie IX.4 POMIAR CZĘSCI TŁOCZONYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznapie się z mierzeniem części tłoczonych, ·a przede wszystkim ze sprawdzaniem wymiarów wyrobów gotowych wg danych z rysunku z uwzględnieniem tolerancji. 2. Wyposażenie: przymiary końcowe, suwmiarki, mikrometry, wzornik, sprawdziany, kilka gotowych wyrobów tłoczonych, rysunki wykonawcze tych wyrobów, normy BN-77/3601-01, BN-77/3611-22. 436
3.
Wiadomości uzupełniające
Dokładność
przedmiotów
tłoczonych
osiąga często
tolerancję
9 klasy dokładności. Dokładność ta zależy od wielu czynników, a szczególnie od własności mechanicznych materiału, kształtu i wymiaru wykonywanego przedmiotu, liczby i kolejności operacji, stopnia odkształcenia, typu tłocznika, dokładności wykonania tłocznika , stopni? zużycia tłocznika, stanu prasy. od tego czy przedmiot jest wykrawany, gięty czy ciągniony, inna jest jego dokładność i inne są dopuszczalne odchyłki od wymiarów nominalnych.
W
zależności
Dokładność
wykonania przedmiotów płaskich wykonywanych przez wykrawanie zależy od dokładności wykonania tłocznika i stopnia jego zużycia. Duże znaczenie ma też właściwe ustalenie położenia przedmiotu w tłoczniku przy każdej operacji. Dopuszczalne odchyłki wymiarów nietolerowanych dla części wycinanych z blach podaje norma PN-77/3601-01 (tabl. 15). Dokład ność wykonania przedmiotów giGtych zakży w głównej mierze od dokładności ustalenia położenia materiału wz·ględem roboczych części tłocznika od dokładności pracy samego tłocznika oraz od stosunku promienia: gięcia do grubości materiału (rlg). Najczęściej występujące
-
wady przedmiotów giętych to: przekroczenie dopuszczalnych odchyłek wysokosci giętych przedmiotów, przekroczenie odchyłek równoległości lub prostopadłości, przekroczenie dopuszczalnych odchyłek odległości osi uprzednio wyciętych otworów od bazy, przekroczenie dopuszczalnych odchyłek kątowych wymiarów nietolerowanych.
Dopuszczalne odchyłki wymiarów nietolerowanych dla wyrobów giętych podaje norma BN-77/3601-01 (tabl. 16) oraz BN-77/ /3611-22. Dokładność prz~dmiotów ciągnionych dotyczy głównie wymiarów zewnętrznych, tj . związanych ze średnicą i wysokością. Duży v..-pływ na dokładność tych wymiarów mają miGdzy innymi odkształcenia sprężyste (maksymalną wartość osiągają przy górnej krawęd~i przedmjotów, powodując zwiększenie wymiarów), 437
stożkowość), dokładność
luz (powoduje
wykonania
tłocznika
i jego
zużycie.
~
można zapoznać się
W normie BN-77/3611-22
z wymaganiami dotyczącymi części tłoczonych na zimno z blach cienkich i grubych, przeznaczonych dla przemysłu motoryzacyjnego. Materiały użyte
-
wzg lędem
z
do wykonania wytłoczek powinny być - pod gatunku, grubości i stanu powierzchni - zgodne
dokumentacją konstrukcyjną .
Kształt, wartości
-
zgodne z
wymiarów
stanu powier zchni powinny i normą BN-77/ 3611-22.
dokumentacją
i
być
tablicach zestawiono przykładowo dopuszczalne odchyłki płaskości powierzchni tłoczonych (rys . 1X-9a) oraz minimalne i optymalne wartości promienia g ięc ia (rys. IX-9b). W
poniższych
...
...
•
•
,
.........
. ...- l i "
'
...
/JJ
Rys. IX-9. Od chyłki płaskości powierzchni części tłoczonych (a) oraz promienic gięcia i wymiary obrzeży czc:ści giętych (b)
I
Największy
Grubość
materiału
g
ponad 0,4 1,5 3,0
438
do 300
mm
I
wymiar liniowy powierzchni, mm
do 1,6 3,0 7,0
I
I-
Dopuszalne l,O 0,8 0,6
.600-: 1200
300 :-600 I
.
odchyłki płpskoścl,
I
1200-7-2500
mm
2,0
2,7
3,2
1,5 1,1
2,3 1,6
3,2 3,2
I
Wytrzymałość Grubość
d o 390 MPa
materiału
g mm
Tmi.nl
To pt
lg
2rmin
do 2,5
- -- - - 2,6+ 5,0
1,2g 1,6g
---ponad 10,0
4. Przebieg
rozciągani e
390+ 490 MPa
I rrnin 1,2g
2g
I
rmi n
2,5rmin
Rm
490+ 640 MPa
I
r opt
I
1,6g
b
h
min
min
3rmin
5g
2,5r
ropt
I
--
--
-5,0+ 10,0
I
na
2Tmin
1,6g
2,5rmin
2g
3r min
5g
2,5r
2rmin
I~
2,5rmi n
2,5g
3rmin
5g
2,5r
-
- ---
2,5g
2,5rmin
5g
2,5r
2rmin
3g
3rmi n
ćwicze nia /
-
Wykonać
szkice wybrany ch przedmiotów, opiera jąc się n a w y m iarowania podanych na rys. IX-10. Nani eść linie wymiarowe na szkice . Pomierzyć wyroby i wymiary umieś cić na szkicach, a następ nie porównać j e z wym iarami n a r ysunkach. W p r zypadku
przykładach
-
Bz
rr ~ 1
a)
n
f1
I
I
I
I
I
1u==r1· t:=U
b} I
191:0,7
- 20
~
~
~ 8'J
~ ~ ~
-
44±0,7
R ys. IX- 10.
Błędy
~
.' -
ifs
wymia rvwe : u) przedmiot ów
giętyc h,
b) wyk r~wanych
439
.
posiadania- sprawdzianów dwugranicznych ustalić tolerancje wymiarów odpowiednich części wyrobów. Za pomocą wzorników sprawdzić charakterystyczne kształty mierzonych wyrobów. 5. Uwagi do spra\\.ozdania I
Wykona·ć
szkice przedmiotów z podanymi wymiarami i odchyłkami od wymiarów nominalnych. Podać, czy otrzymane odchyłki znaJdHJCl się w gramcach przewidzianych normami i dokumentacjq konstrukcyjną . Jeżeli przedmioty mają za duże odchyłki podać ich przyczyny.
-
Ćwiczenie
IX.5
WYZNACZANIE
ENERGII
UDERZENIA MtOTA
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z czania energii uderzenia młota
2.
Wyposażenie:
3.
Wiadomości uzu1>cłniające
Młoty kuźnicze
dane dotycz'-!CC'
METODĄ
OBLICZENIOWĄ
obliczeniową metodą
wyzna-
młotów.
o duzej ene1g1i uderzenia, jak również młoty o dużej częstości uderzeń budowane .są przeważnie jako młoty obustronnego działania. Vv młotach tych wzrost ·energii uderzenia uzyskuje się przez dodatkowe działanie czynnika roboczego (para wodna lub częścieJ sprężone powietrze). Jako energię uderzenia każdego- rriłofa przyjm li je się energię 'lłirietyćzną bijaka ·w chwili zetknięcia się z?.atrycy górnej bijaka z odkuwką . . Przy tej samej wartości skoku i tym samyip ciężarze bijaka młota spadowego i obustronnego działania bijak tego ostatniego uzyskuje znacznie większe przyspieszenie, dzięki czemu większa jest również prędkośl; i energia Jego uderzenia. Wynika to bezpośred ruo z podstawowej zależnosci
440
1 Ek = - m · v 2 2
W czasie uderzenia energia kinetyczna młota zostaje zamieniona na pracę odkształcenia plastycznego odkuwki Lpt (praca użytecz na) oraz pracę odkształcenia sprężystego s zaboty, bijaka i odkuwki - L 5 • Pozostała część energii - Er zostaje zużyta na nadanie ruchu szabocie i bijakowi. A zatem Ek.=Lpt + Ls+ Er energii kinetycznej przemieni się - na całej długości skoku w pracę odkształcenia plastycznego odkuwki, tym większą sprawność ma młot. Im
większa częsc
energii uderzenia, która zamieniła się w pracę odkształcenia plastycznego Lpi, do całkowitej energii uderzenia nazywa się sprawnością 'Uderzenia
Stosunek tej
części
1lu =
Lp1.
Ek Jak widać z tego wzoru, wzrost pracy odkształcenia Lpt pociąga za sobą wzrost sprawności uderzenia. Dodatkowe zależności dotyczące młotów mają postać
E = r
L pt
gdzie: m 1 m2 a -
=
m,
m1 +m:!
·E k
m2 . (l-a2)E,t m1 + m2
masa bijaka, masa szaboty, współczynnik
odskoku, okFeślający głównie spręży odkuwki. Dla dobrze nagrzanej stali przyjmuje się a=0,2-:-0,6, z tym że dla kucia swobodnego a=0,25-:-0,3, a dla kucia matrycowego a=0,5 -:-0,6. Jak widać z powyższych wzorów, straty energii Er malej ą w miarę wzrostu masy szaboty w stosunku do masy bijaka. Podobnie stość
441
na zmniejszenie energii Er wpływa zmniejszenie współczynnika a i wzrost masy szaboty (lepsze własności plastyczne odkuwki). Zaznacza się tu więc wyraźnie duży wpływ dobrego nagrzania materiału na sprawność uderzenia młota. ,,.... .... .,..-„ Wyznaczanie energii uderzenia NajdokładniE:· j szą
i
najpewniejszą metodą określania
energU po-
jedynczego uderzenia młotów parowo- powietrznych i spręż nrko w ych jest wyznaczanie jej wg teoretycznego wykresu indykalorowego. W praktyce zakładowej stosowany jest prostszy, ale zarazem mniej dokładny sposób, polegający na spęczaniu jednym uderzeniem cylindrycznych próbek z ołowiu (albo z miedzi elekirolityc7.nej lub żelazu Armco) o stosunku wysok
chodzi o młoty jednoslronnego działania, to energia uderzenia bijaka młota jest tu równa jego energii potencjalnej. Energia potencjalna bijaka w jego górnym położeniu wyraża się wzorem Ev=m · g • H uwzględniając, że
m=Glg
N · m (J)
Ep=G · H
W rzeczywistości jednak podczas spadania bijak ma do pokonania opory tarcia. Dla dobrze pracującego młota stosunek jego energii kinetycznej do potencjalnej wynosi 0,9.
EFc k = y = 0,9 p
a zatem Ek=0,9 · G · H Ponieważ działania
EFc =
1
2 2 m ·v,
zatem prędkość młota jednostronnego
w momencie uderzenia ·wynosi V1 = Yl,8g · H 1
442
N· m (J)
m/s
Znając energię pełnego młota
na
minutę , można
uderzenia młota Ek. i liczbq n obliczyć moc wg wzoru E 1,
P= Energi~
uderzenia
•
uderzeń
n
9554 kW
młotów przeciwbieżnych
2 2 E =m -g ·_v g_ + m d · v d u 2 2
oblicza
s ię
wg wzoru
N·m
gdzie: ma, md, v 0 , 'l/d - odpowiednio masy (w kg) i prędkości bijaków (w m/s) górnego i dolnego. Uwaga. W przypadku młotów przeciwbieżnych do wyznaczania energii uderzenia konieczna jest znajomość prędkości bijaka w chwili uderzenia. 4. Uwagi do sprawozdania Wykonać
obliczenie energii uderzenia przykładzi e, wg danych rzeczywistych.
Ćwiczenie
młota
na konkretnym
IX.6
WYZNACZANIE ENERGII UDERZENIA MlOTA PROBKI OŁOWIOWEJ
METODĄ
KUCIA
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z wyznaczaniem energii uderzenia młotów metodą spęczania próbek z ołowiu Pb1 , Pb2, Pb 3•
2.
Wyposażenie: młot,
3.
Wiadomości uzupełniające
dwie
płaskie
matryce o minimalnej wysokości dla danej wielkości młota, formy od odlewania próbek oło \viowych, norma PN-65/M-68006.
Metoda określenia energii uderzenia młotów przez spęczanie wzorcowych próbek jest metodą doświadczalną. Cylindryczne próbki wzorcowe wykonuje się z ołowiu, aluminium. miedzi lub żelaza
443
(Armco) - zależnie od wielkości młota. Dla młotów małych stosuje się próbki ołowiowe (ze względu na mniejszy opór odkształ cenia plastycznego). Miarą energil uderzenia jest różnica pierwotne j wysokości próbki i wysokości próbki po zgnieceniu. Dla określenia wartości tej energii posługuj e my się wykresem (rys. IX-11). 4. Przebieg
ćwiczenia
Próbki ołowiowe od lać w formie (rys. IX-12) na 2 dni przed pomiarem. \Vymiary próbek powinny być tak dobrane, aby
lU
<.:J
100 90
-~ 'li'O ~
~ 60
~ .~
~
„ .
,__..____..._,'-_, . "\. 1 80 '
50
:g 4:)
T
;
,--,----:-
.
™'
':
.·
~-l--l-1--
I - -·-n---- ". ':- ·.· „
,__
I
'X
I
~d;!OO:ho= SO 7
~-
°'
I 1 ..
.... / I,.·
. ;f
"-
" ..
. •
"
··•
.•, ·.· . , :.
' ,,.. . ...' ·: ,
~
- .:
··~ ,., . .. ' . . .. „,
:-,.<:i
" °"'o-'
·. :: . c-: ' · ·~ .-.: ·."
-L.....J.-1....l
'4--1-...._.~
~„-4-~-'-I
lf;'fił.'[f~fbt i 11 ~ .
l4J
35 30
.. .
2j
„ ..„ ·:-.i.;•.·· '
1,
••
... . „,.
20
„ .. ' •I
'
„·.- . . . ..· . :~
„ ·,.
t ~ : • :.·
#ł
'
15
„:„
;·':." • •
,;,
'. ~-
•
10
so
•
.\••-o',.:•
·._ .. ··..
- ~·-
:,-
• . ·-·.
,;. ••
;;•
o';•
'"
·;. ... „.
""· ·. : li
d=80;.hn=120
.,
\
. _„ '
;
100
1so
Wyso/<:.ruć próti<.i po s~eniu 111
:3:H.\.~)~Obszar najkorzystn1ejszvch spqcztJń
Rys. IX-11. Wykres od en ergii uderzenia
444
zależności wysokości spęczenia
próbki
przechowywać
h/d= 1,5. Odlane próbki
w temperaturze 20°C. Przeprowadzić próbę spęczania ołowiu. W tym celu zamocować matryc~ na młocie, próbkę ustawić współosiowo na matrycy (kowadle), a następf!ie poddać ją jednemu pełnemu uderzeniu bijaka. Zdjąć spęczoną próbkę z kowadła i zmierzyć wysokość próbki po spęczeniu. Odczytać wartość energii uderzenia młota z vvykresu.
1,Sd
Rys. IX-12. Forma do odlewania próbek ołowiowych
Uwaga: Wyznaczenia energii co najmniej 3 prób.
dokonać
na podstawie wyników
Przykład
Próbka o wysokość
średnicy d = 100 mm i wysokości h = 150 mm po spęczeniu ma hi = 90 mm. Energia uderzenia młota odczytana z wykresu wy-
nosi 18,5 kJ. Błąd
pomiaru nie powinien
przekraczać
± 5°/o.
5. Uwagi do sprawozdania Załączyć
rysunek
użytej
do
badań
próbki (z podaniem wy-
miarów). Zestp.wić
wyn iki pomiarów i
obliczeń.
445
Załączyć wykres zależno~c:i wysokości spqcżcnia próbki od energii uderzenia młota. Energię uderzenia obliczyć wg wzoru
:_E=39,6V · gdzie: V h0 h1 -
Ćwiczenie
(1n ~:
r;
objętość próbki, cm 3 * wysokość
wysokość
próbki przed spęczaniem, mm, próbki po spęczani u , mm.
IX.7
WYZNACZANIE NACISKU NOMINALNEGO PRAS MIMO$RODOWVCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie nymi pras mimośrodowych. 2. Wyposaienie: prasa 3.
się
z
wielkościami
mimośrodowa,
charakterystycz-
suwmiarka.
Wiadomości uzupełniające
Nacisk nominalny F 11 jest lo najwiGkszy dopuszczalny nacisk, jaki można uzyskać na prasie bez narażenia jej na uszkodzenie. Okreś la on wielkość prasy. Wnrtość nacisku nominaln<.'go nie odnosi się do całego skoku suwaka, a tylko du jego końcowej części. Wartość nacisku nominalnego osiąga siq, gdy odchylenie korby od dolnego martwego położenia odpowiada nominalnemu kątowi nacisku (dla pras krajowych an= 30° - JX-L:~). W prasach mimośrodowych nacisk dopuszczalny przy różnych wartościach kąta zależy od wartości nastaw10ncgo skoku suwaka. Najczęściej
suwak prasy nie może wywierać nacisku równego nominalnemu nu en lej długości skoku, lecz tylko na pewnyn1 odcinku. Z«leżność między dopuszczalnym naciskiem a kątem poło żenia wykorbie11iu przy różnych w1elkościach suwaka przedstawiono na rys. ·lX-14. 446
90°
~
~ .... ~
~ r..;:
~
·~
'.::li~ ~ .~ !:),
~
<..:.
~ i;
~ ~
t
c::i ~
~
~
~
~
~i:;
~ I
G:)
(;)
Rys. IX-13. Droga pracy 'prasy
mimośrodowej
L:iul Wy:znac:zani(~ wartości
Wartoś
ił
i sil w mechanizmie korbowym bez uwzgl~dnien ia tarcia
w łożyskach (rys. JX-15a) można ob1iczyć wg wzorów Siła ściskająca
korbowód F
AB
FN cos{J
= -
gdzie FN jest efektywną siłą na suwaku. - Siła dociskająca suwak do prowadnic (reakcja pozioma) jest równa N1- Ji'AR • sin f3 -
Siła dzinlająca wzdłuż
promienia korby,
będąca składową siły
F An na et.opie, wynosi
447
N2=FAa · cos(a+,B) -
Składowa siły F AD prostopadła
do ramienia korby równa
T=F AB· sin (a Moment
przyłożony
się
ł-{l)
na wale korbowym równa
się
M= T · R
gdzie: R jest ramieniem
siły
FAB·
~ zu~~++-t>+-H----i~--+~"""""'=-1--+--==i
.!;;
8"-7Cm
~ ~ 150
<.)
s=Bcm
g ·c::r -le
~ ~
W>---+--+--·-+---+----< -
o
--t---t--t---1
'10° 20° 30° 4D° 50° 60° 70" Cf lfJ° 90"
Rys. IX-14. Wykres zalc:i.ności na cis ku dopuszczalnego od wartości skoku i kąta położenia korby [36]
Przy uwzględnieniu tarcia w cach suwaka wzory przyjmują Siła ściskajqca korbowód
,
FAB = FN Siła dociskająca
łożys kach
448
prowadni-
postać:
cose
•
'fJ+y+Q). COS1
suwak do prowadnic N I 1 = F' • AB
-
korbowych
•
. a sin
Wzór na moment na wale korbowym przy tarcia przyjmuje postać
uwzględnieniu
Ci)
b}
.1
. l
Rys. IX-15 Mechanizm korbowy prasy: a) b) graficzna metoda wyznaczania sil
układ
sil,
4
M '= F N
cos(P~~+e) · IR · sin(a+,B+ r) +r~J
•
promień tarcia w łożysku A, kąt tarcia równy 5°40' (u=tg e ~ 0,1).
w której: r' A= p · r A (ł -
-
Wyznaczanie nacisku dopuszczalnego F dop W obliczeniach wytrzymałościowych elementów
napędu zasadnicze znaczenie ma moment maksymalny na wale korbowym Mma:r, który wyznacza się ze wzoru na Ivl.', podstawiając
FN = Fn (nacisk nominalny)
ora2 a=an ig -
Pracownia techniczna dla techn.
A AL\
Wówczas
Nacisk dopuszczalny suwaka
może przybierać wartości
<
F dop
gdzie: Rz=R ·
µ+
zastępcze
Praca wykonana przez
M
mar
R
z
geometryczne
ramię siły
na suwaku.
prasę
Praca odkształcenia plastycznego jest wykonana kosztem energii kinetycznej koła .zamachowego. Praca użyteczna Lu wynosi L 11 =Ek · r:p •
gdzie: Ek -
energia kinetyczna
'Y)m
koła
zamachowego; q> współczynnik zależny od sposobu pracy i rodzaju stosowanego w prasie silnika; wynosi on 0,19-7-0,28; t}m sprawność mechaniczna. Energia kinetyczna koła zamachowego wyraża się wzorem E k --
n2
w którym:
-
m
D
m. n2 730
(2
2)
. n.-n2
N·m
prędkości
obrotowe koła zamachowego na początku i na końcu pracy, obr/min, ' masa koła zamachowego, kg, zewnętrzna średnica wieńca, m.
4. Przebieg ćwiczenia
-
Zmierzyć promień Zmierzyć średnice
r A,
obliczyć
TB .
Obliczyć FAB,
-
R. · czopów, O, A, B, i
N 1, N 2 , T i M.
Uwzględniając tarcie obliczyć F'AB i M'. Obliczyć
F dop•
Obliczyć
energiG
Wyniki
zestawić
oddaną
przez w tabeli.
koło
zamachowe.
promienie
To,
-
Czynności powyższe powtórzyć
dla
różnych
promieni mimo-
środu
-
(najmniej dla 4 wartości). Określić nominalny nacisk.
5. Uwagi do sprawozdania . -
Podać
tok
obliczeń, zestawić
wyniki i dane charakterystyczne
prasy. Ćwiczenie
IX.8
SPRAWDZANIE
DOKŁADNOSCI
PRASY MIMOSRODOWEJ
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie charakterystycznych pras
ści
się
ze sposobami pomiarów wielko-
mimośrodowych.
2. Wyposażenie: liniał pomiarowy, szczelinomierz, płyta pomiarowa (kontrolna), czujnik, trzpień kontrolny, poziomnica ramowa, kątownik , norma PN-70/M-55691.
3.
\~iadomości uzupełniające
Sprawdzanie dokładności prasy wykonuje się po sprawdzeniu je j działania pod obdqżeniem oraz po oczyszczeniu. Sprawdzanie przeprowadza się wg polskich norm lub na podstawie karty badania dokładności, załączonej do szczegółowych warunków technicznych dla danego typu prasy. Badania dokładności pras spro'"*adzają się przeważnie do następ ujących badań: sprawdzanie pła skości stołu, płyty stołowej craz powierzchni SL1waka, sprawdzenie równoległości płyt m ocuj1cych narzędzia, sprawdzanie prostopadłości ruchu suwaka, sprawdzanie współosiowości otworów w stole i suwaku oraz sprawilzanie osiowego i promieniowego bicia koła zewnętrznego . Jako bn zę pomiarową przyjmuje się płasz czyznę stołu prasy.
4. Przebieg
ćwiczenia
Sprawdzić płaskość
przykłada się
w
powjerzc.hni stołu. Do powierzchni stołu k ieru nka ch liniał pomiarowy i szczali-
różnych
11~1
A "
Rys. IX~16. Sprawdzanie płaskości stołu prasy [N]
Rys. IX-17. Sprawdzanie płaskości i równoległości płyty stołu
[N]
nomierzem mierzy się szczelinę między powierzchnią pomiarową liniału a powierzchnią stołu (rys. IX-16). Dopuszczalna odchyłka płaskości wynosi 0,03 mm na długości 300 mm (przy czym powierzchnia stołu może być tylko wklęsła). -
-
Sprawdzić płaskość
górnej i dolnej powierzchni płyty stołu oraz równoległość. Pomiar płaskości powierzchni płyt wykonać analogicznie jako pomiar płaskości powierzchni stołu. W celu sprawdzenia równoległości górnej i dolnej powierzchni płyty stołu kładzie si~ płytę stołu na płycie pomiarowej (rys. IX-17). Obok ustawia się czujnik, którego trzpień dotyka płyty stołu. Błąd określany jest różnicą wskazail czujnika. Tak w przypadku płaskości, jak i równoległości dopuszcza się odchyłkę 0,02 mm na długości 300 mm. Powierzchnia płyty może być tylko wklęsła. Sprawdzić płaskość dolnej powierzchni suwaka. Do dolnej po-
Rys. IX-18. Sprawdzanie płaskości d olnej powierzchni suwaka [N)
wierzchni suwaka przykłada się w różnych kierunkach liniał pomiarowy i szczelinomierzem określa się szczelinę między płaszczyzną pomiarową liniału a dolną powierzchnią suwaka (rys. IX-18). Dopuszczalna odchyłka wynosi 0,03 mrn na dłu gości 300 mm, z tym że powierzchnia suwaka może być tylko wklęsła.
-
Sprawdzić równoległ9ść
dolnej płaszczyzny suwaka do płasz czyzny stołu (rys. IX-19). Na stole prasy położyć liniał pomiarowy lub płytę kontrolną. Na płycie lub liniale ustawić czujnik tak, aby jego trzpief1 dotykał dolnej płaszczyzny suwaka. Pomiarów dokonać w dwóch prostopadłych k ierunkach A-B i C-D. Błąd równoległości określony jest różnicą wskazań czujnika w punktach A, B, C i D. Pomiaru dokonuje się po skasowaniu luzów w prowadnicach suwaka. Dopuszczalne odchyłki na długości pomiaru 300 mm zestawiono w poniższej
tablicy Nacisk
Odchyłka
Odchyłka
w kierunku A-B w kierunku C- D
Rys. IX-10. Sprawdzanie równoległości dolnej powierzchni suwaka do płaszczyzny stołu {N]
I I
\
kN
do 630
mm
0,05 0,03
mm
I
630-7-2500
0,07 0,05
powyżej
2500
0,13 0,10
Rys. IX-20. Sprawdzanie prostopadłości osi gniazda do dolnej płaszczyzny suwaka [N]
'„ ...
Uwaga: dla kierunku A-B odległośc dolnej płaszczyzny suwaka od płaszczyzny stołu w punkcie A nie może być większa niż w punkcie B.
-
Sprawdzić prostopadłość
osi gniazda suwaka do jego dolnej (rys. IX-20). W gnieździe suwaka osadza się trznień kontrolny. Do d olnej płaszczyzny suwak a i trzpienia kontrolnego kolejno przykłada się poziomnicę ramową. Pomiarów dokonuje się. w dwóch prostopadłych kierunkach il i B. Różnica wskazaf1 poziomnicy określa błąd prostopadłości. Dopuszczalne odc hyłki na długości pomiarowej 300 mm zestawiono w poniż szej tablicy płaszczyzny
-Nacisk
I
Odchyłka
kN
do 630
mm
0,03
I
630+ 2.500
I
0.05
I powyżej 2óOU I
0,1
5. Uwagi do sprawozdnnia '
-
Opis ać
dokonane pomiary oraz załączyć rysunki schematyczne. tabele wyników pomiarów wraz z obliczonymi od-
Załączyć
chyłkami.
U waga: W przypadku gdy pomiary dokonywane są na długości większej niż 300 mm, odchyłki należy przeliczyć na tę długość w założeniu, że wartości odchyłek rosną proporcjonalnie do długo ści pomiarowej. Wartości obliczeniowe odchyłek należy zaokrąglić w górę do setnych części milimetra.
Ćwiczen 1ie IX.9 SPRAWDZANIE DOKŁADNOSCI PRAS KORBOWYCH
1. Cel ćwiczenia: zapoznanie pras korbowych.
się
ze sposobem pomiaru
dokładności
2. Wyposażenie: liniał pomiarowy, szczelinomierz, płyta pomiarowa, czujnik, trzpień kontrolny, poziomnica ramowa, kątownik.
3.
Wiadomości uzupełniające
Sprawdzenie dokładności pras korbowych ramowych przeprowadza się w stan.ie nieobciążonym . Przed przystąpieniem do badań należy sprawdzić czy prasa jest ustawiona poziomo. Sprawdzenia tego dokonuje się za pomocą poziomnicy w dwu prostopadłych kierunkach, wykorzystuj ąc do pomiaru płaszczyznę stołu. Jako bazę pomiarową przyjmuje się płaszczyznę stołu prasy. Sprąw. dzenie dokładności prasy przeprowadza się wg polskich norm. Obejmuje 0110 sprawdzenie: płaskości powierzchni stołu, płaskości i równoległości górnej powierzchni płyty stołu, płaskości dolnej powierzchni su wa ka, równoległości dolnej płaszczyzny do dolnej płaszczyzny suwaka (dotyczy tylko pras korbowych z otworem w suwaku), prostopadłości przesuwu suwaka w stosunku. do płasz czyzny stołu, bicia wieńca koła zamachowego. I
4. Przebieg -
ćwiczenia
Sprawdzić płaskość
powierzchni stołu. Liniał pomiarowy przykłada się w różnych kierunkach do płaszczyzny stołu i szczelinomierzem sprawdza się wielkość szczeliny między powierzchnią stołu a powierzchnią pomiarową liniału (por. rys. TX- 16).
I
·--+ •
8
. A
·-+·•
Rys. IX-21. Pomiar prostopadłości ruchu suwaka do płaszczyzny stołu [N)
I '
l•
---IRys. IX-22. Pomiar bicia wieńca koła zamachowego [N]
Na długości pomiarowej 300 mm odchyłka dopuszczalna wynosi 0,03 mm. Powierzchnia stołu może być tylko wklęsła. - Sprawdzić płaskość i równoległość górnej powierzchni płyty do dolnej . P omiaru dokonuje się jak w ćw. IX.8 (rys. I~-17). Dopuszczalna odchyłka dla płaskości i równoległości 0,02 mm na długości 300 mrn. Powierzchnia płyty stołu może być tylko wklęsła. Sprawdzić prostopadłość przesuwn suwaka do płaszczyzny sto'łu. Na stole prasy położyć płytę kontrolną , a na niej ustawić kątownik (rys. IX-21). Trzpień czujnika umocowanego do suwaka dotyka powierzchni pomiarowej kątownika. Wskazania czujnika należy odnotować w górnym i dolnym położeniu suwaka, w dwóch wzajemnje prostopadłych kierunkach , A i B. Różnica wskazań czujnika w górnym i dolnym położeniu suwaka określa odchyłkę prostopadłości . Pomiaru dokonać po skasowaniu luzów w prowadnicach suwaka. Dopuszczalne odchyłki zestawiono w poniższeJ tabelce. Nacisk
I
kN
do 630
63()-;-2500
I powyżej 2500
~1~~m~-:-~-o-,o-3~-,-~~0,-05 ~~1;--~-o-,os~~ Odchyłka
Sprawdzi ć
bicie wieńca koła zamachowego. Czujnik na podstawce należy tak ustawić, aby jego trzpień pomiarowy dotykał wieńca koła zamachowego (rys. IX-22). Pomiarów dokonywać w dwóch kierunkach: - w kierunku promieniowym - A. - w kier11nku osiowym - B. Bicie jest okr~ślone różnicą wskazań czujnika. Dopuszczalne wartości bicia zestawiono w poniższej tabeli. '
Bicie mm
Srednica koła zamachowego mm
kierunek A do 1000 1000+2000 powyżej 2000
0,1 0,15 0,2
I
kierunek B
'
0,2 0,3 0,4
I
\
5. Uwagi de sprawozdania - -
Opisać
dokonane pomiary oraz
załączyc
rysunki schematycz-
ne. Zah!czyć
tabele wynikow wraz z obliczonymi
odchyłkami.
Uwaga : \V przypadku gdy pomiary dokonywane są na dłu gości w1ększeJ niż 300 mm, odchyłki nale ży przeliczyć na tę dłu gość w założeniu, że wartości odcbyłek rosną proporcjonalnie do długości pomiarowej. Wartości obliczeniowe odchyłek należy zaokrąglić w górę do setnych czqści milimetra.
Ćwiczenie IX.10· SPRAWDZANIE
1. Cel
DOKtADNOśCI MŁOTA
ćwiczenia:
ności młotów
zapoznanie się z metodami sprawdzania oraz z dopuszczalnymi odchyłkami.
dokład
2. Wyposnżenie: młot matrycowy parowo-powietrzny, szczelinomierz, czujnik, 3 klocki o jednakowej długości (z tolerancją ± 0,01 mm), liniał pomiarowy, kątownik z podstawą, 2 wałeczki o jednakowej średnicy (/) 45 mm tablice charakterystyk młota. tablice wielkości podstawowych, normy: PN-72/M-68010, PN-77/ /M-68011, PN-72/M-68012, PN-66/ 55695. 3.
Wiadomości uzupełniające
Przed A.
przystąpieniem
do
Ustalić płaszczyzny
Jako
właściwych
pomiarów
należy:
podstawowe.
płaszczyzny
podstawowe (bazy) dla pomiaru przyjmuje gniazda dolnej matrycy oraz górne powierzchnie poduszki zaklinowanej w szabocie.
się poziomą płaszczyznę
B.
Sprawdzić
ustawienie młota poziomnicą w dwu prostopadłych kierunkach, wykorzystując do pomiaru górne powierzchnie poduszki oraz powierzchnię gniazda dolnej matrycy. Odchyłka nie powinna przekraczac 1,5 mm na 1 OOO mm.
Badanie geom etryczne
dokładności młota
1. Sprawdzenie przylegania powierzchni oporowych stojaków do
powierzchni cylindra, szaboty, klinów oraz poduszki stykającej z szabotą i klinem. Za p omocą szczelinomierza sprawdzić na obwodzie wymiary szczelin między powierzchniami stojaków a cylindrem, szabotq i klinami oraz powi erzchn ią poduszki a szabotą z klinem (rys. lX-23). Suma1·yczna długość lokalnych szczelin nie powinna przekraczać 20°/o obwodu. Rozmiar lokalnej szczeliny nie powinien przekraczać 0,15 mm. się
Rys. IX-23. Sprawdzanie przylegania powierzchni części młota w złożeniu
Rys. IX-24. Sprawdzanie luzu w prowa dnicach bijaka
2. Pomiar luzu całkowitego w prowadnicach bijaka. Bijak należy docisnąć do prowadnic stojaka A (rys. IX-24). Pomiar przeprowadza się szczelinomierzem w prowadnicach stojaka B . Drugi pomiar wykonuje się w prowadnicach A, dociskając bijak do prowadnic stojaka B . Pomiary przeprowadza się w górnym i dolnym położeniu bijaka, wprowadzając szczelinomierz od strony górnej i dolnej płaszczyzny bijaka. Dopuszczalne odchyłki zestawiono w tabelce na str. 459. 3. Sprawdzenie równoległości dolnej powierzchni bijaka i górnej powierzchni poduszki. Bijak podeprzeć klockami o jednakowej długości (rys. IX-25). Na górnej powierzchni poduszki położyć liniał. Czujnik ustawić na liniale w ten sposób, aby jego trzpień pomiarowy dotykał dolnej płaszczyzny bijaka. Odczytywanie przeprowadzić w trzech kierunkach równoległych : 458
Położenie Wielkość młota
I
dolne
MPM
bijaka
górne
I
luz dopuszczalny
.
500 1000 2000 3000 6000
I I
'
0,3 -7-0,4 0,35-7-0,45 0,5 -7-0,6 0,55-7-0,65 0,65-7-0, '75
0,467 0,65 0,5 -7-0,7 o,65...;...o,a5
o,7 -;....o,9 0,8 -7- 1,0
I
A- B, C-D, E- F , oraz dwu do nich prostopadłych: G-H i J-K. Odchyłka dopuszczalna wynosi 0,1 na długości 300 mm
dla wszystkich wielkości młotów. 4. Sprawdzanie równoległości powierzchni poziomych gniazd matrycowych. Bijak podeprzeć klockami, a następnie czujnik ustawić na płaszczyźnie gniazda w poduszce w ten sposób, aby jego trzpień pomiarowy dotykał płas zczyzny poziome j gniazda matrycy w bijaku. Odczyty przeprowadzić w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach przechodzących przez środek gniazda poduszki: A - B i C- D (rys. IX-26). Odchyłka do-
C
·D
A....,_,..__."48 H
K
Rys. IX- 25. Pomiar równoległości dolnej płasz czyzny bijaka do górnej powierzchni poduszki [N]
fł_ys. IX-26. równoległości
[N]
Pomiar gniazd
Rys. IX-28. Sprawdzan ie luzu między tłokiem a cylindrem [WJ
llys. IX-27. Sprawdzenie osiowości gniazd za pomocą kątownika wałeczków [N)
puszczulna O, 1 mm na
długości
300 mrp dla wszystkich wiel-
kości młotów.
5. Pomiar przesunięcia osi gniazda w bijaku względem osi gniazda matrycy. Bijak podeprzeć klockami, w gniazdo matrycy wstawić kątownik z wałeczkami (rys. lX- 27). Wkładając szczelinomierz zmierzyć szczelinę między wałeczkiem a kątowni kiem. Wymiar tej szczeliny jest równoznaczny z wielkością przesunięcia osi gniazda bijaka i poduszki. Pomiar należy przeprowadzić przy równomiernie rozłożonych luzach w prowadnicach bijaka. Dopuszczalne odchyłki osiowości gniazda zestawiono w poniższej tabeli.
I
Wielkość Inłota
PM 600 1000
I
6. Sprawdzenie
0,2
I
Luz dopuszczamy
0,25
0,3
2000 3000
0,30 0,35
0,4
5000
0,40
największego
szczelinomierza -
I
luzu między tłokiem a cylindrem. i zderzak, a następnie - za pomocą zmierzyć luz między tłokiem a cylindrem.
Zdjąć górną pokrywę
460
I
Odchyłka
osiowości
w dwóch położeniach bijaka: A - położenie górne, B położenie dolne (rys. IX-28). Dopuszczalne wartości luzów zestawiono w tabeli. Uwaga: Odchyłki podano dla długości pomiarowej 300 mm. P~ nieważ jednak pomiar powinien być przeprowadzony na możli wie największej dłu~ości, zatem dla długośći większej od 300 mm odchyłka powinna być przeliczona w założeniu , że jej wartość rośnie proporcjonalnie do długości pomiarowej . Pomiar
przeprowadzić
4. Przebieg
ćwiczenia
podstawowe młota oraz sprawdzić ustawienie młota wg zaleceń podanych w instrukcji. Dokonać pomiarów charakterystycznych wielkości młota. Ustalić płaszczyzny
-T-
5. Uwagi do sprawozdania Wyniki pomiarów i obliczeń zamieścić w tabelkach. Otrzymane wyniki porównać z normami i podać, czy mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Zamieścić szkice dokon~nych omiarów.
-
Pytania
odchyłki
sprawdzające
-
Jak sprawdza się wymiary i kształty matrycy kuźniczej? Jak sprawdza się tłoczniki? Omówić tolerancje i luzy. Jak sprawdza się odkuwki? Jakie mogą wystąpić błędy na odkuwkach? Jakie się stosuje pomiary dla części tłoczonych? Omówić tolerancje
-
Jak się wyznacza energię uderzenia młotó'vv metodą oblic leniową i próbą kucia? Jak się wyznacz.a nacisk prasy mimośrodowej? Które elementy młotów i pras poddaje się sprawdzeniu dokładności? Jakie stosuje się metody sprawdzania dokładnoś ci młotów i pras? Jakich używa się narzędzi pomiarowych? Omówić odchyłki i luzy.
i
-
odchyłki.
LITERATURA
'
1. Biernawski W. Teoria obróbki skrawaniem. PWN, Warszawa 1956 2. Bosiacki K. l{ucie matrycowe. PWT, Warszaw o. 1!)56 3. Brodowie?. W. Skrawanie i narzędzia . WSiP, Warszawa 1974 4. Ciesielski W., Perliński S. Technika pomiarów w arsztatowych. PWT,
Warszawa 1954 5.
Głowacki
stw a.
Zb.
Pozn ań
Mater iały
do ćwiczeń laboratoryjnych z m etaLoznaw-
1964
6. Grabowski J . Metodyka
zajęć
w pracowni technicznej, PWSZ , War-
szawa 1970 7. J ankc E. Pasowanie i pomiary. PWSZ, Warszaw~i 1968 8. .Jaroc ki J„ Wasiunyk P. Kuźni<.:two i prasownictwo. WSiP, W arszaw::t 1977 9. Jaworski Zb. Obrabiar k i. WSiP 1975 10. K a czmarek J. Pocl stcn:,;y skrnwania m etali. PWT, W arszawa 1956 11. Katarzyński St., Kocańda S „ Zakrzewski M. Badan ia wtasności mechunicznych metali. PWT, Warszawa 1961 12. Kolm a n R. Cwiczen.ia z pa sowaii i pomiarów warszt atowych . WSiP, Warszawa 1976 13. Kosierad zki P. Obróbk a cieplna metali. WNT, Warszawa 1964 14. Kunstetter S . Narze:dzia skraw a3qce do metaii. WNT, War szawa 1968 L5. Miernicki St. Pasowania i pomiar11. PWSZ, Warszawa 1969 16. Ma rkuszewski M ., H aas J . Wudy hutniczych. wyrobów meta.t owych. PWT, Katowice 1952 17. Ochęduszko K. Kolet zę bate. WNT, Wa rszawa 1970 18. Ochęduszko K. Podzielnica uniwersalna. PWT, Warszawa 1955 19. Okoniewski S. T echnologia metali, cz. I , Il, III, lV. WSiP, Warszawa 1978 4R?.
20. P olitech nika Sląska Skrypty uczeLninne. Ctoiczenia z wytrzymalośc! materiałów. Gliwice 1967 21. Politechnika Sląska Znjęcia w La boratorium obróbki skrawaniem, t. I i 11 . Gliwice 1967. 22. Politechnika $lqska (' wicze11 ia Laboratoryjne z metaloznuwstwa i obróbki rieplnc j . Gliwice 1968 2:J. Praca zbiorowa Porndnik metroloaa warsztatowego. W NT, W arszuwu 1970 • 24. Praca zbiorowa Pumiary i badania maszyn cieplnych . PWN, Lódi 1963 25. Praca zbiorowa Laboratorium pomiarów mas::y1L ciepl nych. PWN, Wro cław 1957 26. Pruga r E. Badanie samochodowego silnika gaźnikowego, WKIŁ, 1970 27. Haclborski W. Obrabiarki. PWSZ, Warszawa 1960 28. Stau b F . Metaloznawstwo. l'raca ?biorowa. Skrypty uczelniane P olit. Sląskiej w Gliwicach, 1966 r . 29. Staub F . Atlas metalograficzny . W NT , Warszawa 1964 30. Tabin J. Technika ultradźwiękowa w hu.tąictwie. WGH, Katowice 1958 31. Tomaszewski A. Zarys metrolooii warsztatowej. PWT, Wa r szawa 1953 32. Wendorf Metaloznawstwo z obróbką cieplną. PWN, Wa rszawa 1964 33. Wesolo'\.vs ki K . M etaloznawstwo, t. I , Il, III. PWT, Wa r szawa 1957 34. Weso łowski K. Metaloznawstwo i obróbka cieplna z ćwiczeniami. WSiP, Warszawa Hl77 35. Praca zbiorowa P oradnik spaw alnictwa . PWT, Warszawa 1965 31.l. Pra ca zbiorowa M l-:!chanik, t. III. Warszawa 1954
:n
(N). Po l skie Nul'my