Измерение твердости
14/03/11 13:52
За последнее время был выполнен ряд работ по изысканию методов измерения твердости без применения алмазных инструментов. Работы велись в двух направлениях, а именно: по замене
алмаза в наконечниках, используемых на действующих приборах, другими материалами и по разработке совершенно новых типов приборов, на которых измерение твердости производилось бы не вдавливанием.
В результате проведенного комплекса работ было установлено, что для контроля твердости материалов на приборах ТК (Рок-нелла) в условиях серийного и массового производства при измерении твердости до Rc = f>0 можно успешно использовать твердосплавные наконечники (фиг. 15). Эти наконечники, так же ^ак и алмазные, изготовляются в централизованном порядке. Твердосплавный наконечник (фиг. 15) состоит из стальной
оправы 1 и впаянной в нее вставки 2 из твердого сплава марки
BKi-
Щлифование конуса вставки под углом 120° осуществляется на кг углошлифовальном С1анке. Доводку радиуса при вершине произзодят на притире, шаржированном микрспорошками из карбида бора или алмаза.
Проверку точности показаний прибора, оснащенного твердосплавным наконечниксм, производят путем сопоставления показаний, полученных при испытании эталонным алмазным наконечником.
При использовании твердосплавного наконечника на приборе следует соблюдать все указанные выше правила эксплуатации алмазных наконечников.
Ниже приведено описание нового безалмазного метсда контроля твердости деталей методом магнитной проницаемости Львовским политехническим институтом сконструированы для этей цели электронные сигнализирующие приборы, основанные на магнитной проницаемости деталей. Твердость деталей на эти х приборах контролируют путем их сравнения с деталью-эталоном, которая имеет заранее известную твердость, измеренную на приборе с алмазным конусом, и >по размерам одинакова с контро-ли] ?емой.
Приборы работают на переменном токе частотой 50 гц и напряжением 220 я. Контрольные данные получаются путем сравнения магнитной проницаемости проверяемой детали с магнитной проницаемостью деталь эталона. Магнитная проницаемость детали преобразуется в электрическую величину посредством датчика, который состоит из двух трансформаторов. В одном из них се деч-ником служит деталь изделие, а в другом — деталь-этален. Обг. трансформатора состоят из первичной измерительной и вторичной намагничивающей обмоток. Намагничивающие обмотки обоих трансформаторов включены последовательно-согласно, а измерительные — последовательнп-встречнз.
По разности электродвижущей силы с помощью электронного усилителя и специальных электромагнитных реле определяют годные и бракованные детали. При этом электромагнитное реле связано с сигнальными лампами, что обеспечивает контроль детали в течение 2—3 век, то^да как на приборах типа Роквелла время измерения твердости детали в 5—6 раз больше
Этот метод контроля деталей может быть легко автоматизирован путем дополнения прибора бункерным загрузочным приспособлением, а также измерительным, сортирующим, счетным и размагничивающими устройствами. Возможность автоматизации операций контроля, высокое качество контроля, не зависящее от субъективных причин, высокая производительность контроля
твердости методом магнитной проницаемости обусловливают широкое его применение в крупносерийном и массовом производствах.
За последнее время большое распространение получила методика измерения твердости металлов и сплавов, основанная на статическом вдавливании наконечника в испытуемый образец, нагретый в вакууме1 до температур -1100—1300°. При температурах начиная с 850° измерение твердости вызывает быстрый износ алмазных пирамид, а при температуре 1100—1200° достаточно одного вдавливания для вывода алмазного наконечника из строя.
В данном случае быстрое разрушение алмазного индентора может быть обусловлено или растворением кристалла алмаза в испытуемом образце, или адгезией алмаза с испытуемым материалом.
Так, например, при высокотемпературных испытаниях стали алмазный индентор растворяется в испытуемом образце, производя его науглероживание. При высокотемпературных испытаниях твердости в вакууме других материалов, имеющих меньшее сходство с углеродом, может иметь место адгезия алмазного индентора с испытуемым материалом, а также значительные изменения коэффициента трения вследствие разрушения адсорбированных поверхностных пленок. Исследования [52] показали, что три трении алмаза о чистые металлические поверхности на воздухе коэффициент трения равен 0,2. После же удаления поверхностных пленок значение коэффициента трения в вакууме достигает ~3. При этом частицы металла могут прилипать к поверхности алмаза.
Опыты по изучению ряда различных материалов показали, что наиболее подходящим для указанной цели является синтетический корунд.
На фиг. 16 показан наконечник 1 из молибдена со вставкой 2 из синтетического корунда. Вставка имеет форму цилиндра диаметром 4 мм с коническим переходом 1 : 4 в зоне зачеканки в корпус индентора. Общая высота вставки ~5 мм. После зачеканки вставку гранят подобно алмазной пирамиде.
алмаза в наконечниках, используемых на действующих приборах, другими материалами и по разработке совершенно новых типов приборов, на которых измерение твердости производилось бы не вдавливанием.
В результате проведенного комплекса работ было установлено, что для контроля твердости материалов на приборах ТК (Рок-нелла) в условиях серийного и массового производства при измерении твердости до Rc = f>0 можно успешно использовать твердосплавные наконечники (фиг. 15). Эти наконечники, так же ^ак и алмазные, изготовляются в централизованном порядке. Твердосплавный наконечник (фиг. 15) состоит из стальной
оправы 1 и впаянной в нее вставки 2 из твердого сплава марки
BKi-
Щлифование конуса вставки под углом 120° осуществляется на кг углошлифовальном С1анке. Доводку радиуса при вершине произзодят на притире, шаржированном микрспорошками из карбида бора или алмаза.
Проверку точности показаний прибора, оснащенного твердосплавным наконечниксм, производят путем сопоставления показаний, полученных при испытании эталонным алмазным наконечником.
При использовании твердосплавного наконечника на приборе следует соблюдать все указанные выше правила эксплуатации алмазных наконечников.
Ниже приведено описание нового безалмазного метсда контроля твердости деталей методом магнитной проницаемости Львовским политехническим институтом сконструированы для этей цели электронные сигнализирующие приборы, основанные на магнитной проницаемости деталей. Твердость деталей на эти х приборах контролируют путем их сравнения с деталью-эталоном, которая имеет заранее известную твердость, измеренную на приборе с алмазным конусом, и >по размерам одинакова с контро-ли] ?емой.
Приборы работают на переменном токе частотой 50 гц и напряжением 220 я. Контрольные данные получаются путем сравнения магнитной проницаемости проверяемой детали с магнитной проницаемостью деталь эталона. Магнитная проницаемость детали преобразуется в электрическую величину посредством датчика, который состоит из двух трансформаторов. В одном из них се деч-ником служит деталь изделие, а в другом — деталь-этален. Обг. трансформатора состоят из первичной измерительной и вторичной намагничивающей обмоток. Намагничивающие обмотки обоих трансформаторов включены последовательно-согласно, а измерительные — последовательнп-встречнз.
По разности электродвижущей силы с помощью электронного усилителя и специальных электромагнитных реле определяют годные и бракованные детали. При этом электромагнитное реле связано с сигнальными лампами, что обеспечивает контроль детали в течение 2—3 век, то^да как на приборах типа Роквелла время измерения твердости детали в 5—6 раз больше
Этот метод контроля деталей может быть легко автоматизирован путем дополнения прибора бункерным загрузочным приспособлением, а также измерительным, сортирующим, счетным и размагничивающими устройствами. Возможность автоматизации операций контроля, высокое качество контроля, не зависящее от субъективных причин, высокая производительность контроля
твердости методом магнитной проницаемости обусловливают широкое его применение в крупносерийном и массовом производствах.
За последнее время большое распространение получила методика измерения твердости металлов и сплавов, основанная на статическом вдавливании наконечника в испытуемый образец, нагретый в вакууме1 до температур -1100—1300°. При температурах начиная с 850° измерение твердости вызывает быстрый износ алмазных пирамид, а при температуре 1100—1200° достаточно одного вдавливания для вывода алмазного наконечника из строя.
В данном случае быстрое разрушение алмазного индентора может быть обусловлено или растворением кристалла алмаза в испытуемом образце, или адгезией алмаза с испытуемым материалом.
Так, например, при высокотемпературных испытаниях стали алмазный индентор растворяется в испытуемом образце, производя его науглероживание. При высокотемпературных испытаниях твердости в вакууме других материалов, имеющих меньшее сходство с углеродом, может иметь место адгезия алмазного индентора с испытуемым материалом, а также значительные изменения коэффициента трения вследствие разрушения адсорбированных поверхностных пленок. Исследования [52] показали, что три трении алмаза о чистые металлические поверхности на воздухе коэффициент трения равен 0,2. После же удаления поверхностных пленок значение коэффициента трения в вакууме достигает ~3. При этом частицы металла могут прилипать к поверхности алмаза.
Опыты по изучению ряда различных материалов показали, что наиболее подходящим для указанной цели является синтетический корунд.
На фиг. 16 показан наконечник 1 из молибдена со вставкой 2 из синтетического корунда. Вставка имеет форму цилиндра диаметром 4 мм с коническим переходом 1 : 4 в зоне зачеканки в корпус индентора. Общая высота вставки ~5 мм. После зачеканки вставку гранят подобно алмазной пирамиде.
Эксплотация
14/03/11 13:51
Высокая стоимость алмазных наконечников, хрупкость кристаллов алмазов и ряд ругих факторов обусловливают необходимость строгого соблюдения правил эксплуатации приборов, на которых используются эти наконечники.
Измерение твердости на приборах ТК (Роквелла)
Прежде всего следует установить, с каким наконечником и при какой нагрузке будет производиться измерение твердости. Затем вставить наконечник в отверстие шпинделя и закрепить винтом. При установке наконечника на прибор необходимо слегка отвернуть стопорный винт на шпинделе прибора и вставить в него наконечник, повернув лыской к винту. Затем вновь завернуть винт. Опорные поверхности наконечника и шпинделя прибора должны плотно прилегать друг к другу. Наличие на опорных поверхностях грязи, смазки, забоин и др. будет отражаться на точности показаний прибора.
В табл. 3 приведены обозначения шкал твердости по ОСТу 10242-40, а также рекомендации по применению различных наконечников при измерении твердости на приборе типа ТК (Роквелла).
Шкала А (см. табл. 3) применяется: а) для измерения твердости сверхтвердых материалов, таких, как металлокерамические твердые сплавы; б) для испытания тонкого твердого листового материала; в) для испытаний, при которых требуется определить твердость лишь тонкого поверхностного слоя.
Шкала С применяется для определения твердости термически обработанных сталей и других материалов, твердость которых может быть в пределах от 20 до 67 ед. При определении твердости материалов менее 20 ед. конус слишком глубоко проникает в образец, в результате чего могут иметь место недостаточно точные показания прибора. При определении твердости материалов более 70 ед. вершина алмазного конуса испытывает весьма
большие нагрузки, вследствие чего кристалл алмаза может быть расколот.
Шкала В служит для испытания материалов средней твердости. При определении твердости материалов выше 100 ед. может деформироваться и сам шарик, что оказывает влияние на точность работы прибора.
В процессе испытания нагрузка на наконечник должна прилагаться плавно, без толчков и ударов, с постоянным возрастанием до заданной величины. Плавная нагрузка на алмазный конус обеспечивается наличием амортизатора (масляного демпфера), который настроен на определенную продолжительность испытания. Поэтому при измерении твердости не следует ускорять или замедлять движение рукоятки. Скорость приложения основной нагрузки определяется с помощью секундомера. Для твердых материалов время приложения основной нагрузки (т. е. время, в течение которого наблюдается заметное перемещение стрелки индикатора) должно равняться 4—5 сек. Снятие основной нагрузки производят плавным и спокойным возвращением пусковой рукоятки в начальное положение. Даже в случае небольшого удара или неправильного обращения кончик алмазного конуса может быть поврежден, вследствие чего прибор будет давать неправильные показания. Алмазный конус может быть расколот при неаккуратной установке или снятии с прибора контролируемого изделия, при смене опорного столика и т. д. По окончании испытания образца или изделия алмазным конусом столик следует опускать возможно ниже, чтобы не повредить алмаза при снятии испытуемого образца. В этих случаях рекомендуется дополнительно защищать алмаз рукой [1].
Опорный столик выбирают в зависимости от конфигурации испытуемого образца или изделия и устанавливают его в отвер-
стие подъемного винта. Менять столик у прибора следует только после того, как будет снят алмазный наконечник.
Большое влияние на срок службы наконечников оказывает правильная установка образцов при испытании. Следует заметить, что при испытании твердости методом статического вдавливания необходимо, чтобы алмазный наконечник вдавливался в образец перпендикулярно его поверхности, если она плоская, и радиально, если она криволинейная. Контролируемое изделие должно быть положено непосредственно на столик, без каких-либо прокладок. В тех случаях, когда это требование не может быть выполнено с использованием одного из столиков, прилагаемых к прибору (контроль шарообразных и конических изделий), рекомендуется изготовить специальный столик. Цилиндрические изделия следует испытывать на призматических столах, при этом ось алмазного наконечника должна быть не только перпендикулярна оси призмы, но и пересекать ее.
На фиг. 14 показано, как нужно устанавливать на опорном столике детали с различной испытуемой поверхностью: 1 — плоской, 2 — цилиндрической, 3 — конусной, 4 — шаровой и криволинейной, 5 — криволинейной с наклонной опорной поверхностью: / — неправильная установка деталей; испытуемая поверхность неперпендикулярна направлению прилагаемой
СИЛЫ;
II—правильная установка; для центрирования применены профильный и опорный столики;
III—неправильная установка; образец неустойчив;
IV—правильная установка; для центрирования применен профильный и опорный столики;
V — неправильная установка; образец может деформироваться;
VI -— правильная установка; образец установлен на специальном опорном столике.
При измерениях твердости наконечником с алмазным конусом расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра другого отпечатка должно быть не менее 2,5 мм. Во избежание скалывания алмаза нельзя проводить испытания вблизи раковин, рисок, канавок и инородных включений на испытуемой поверхности.
Для получения стабильных результатов измерений необходимо, чтобы испытуемая поверхность была зачищенной и сухой. Наличие слоя масла, окалины, коррозии и окисных пленок оказывает заметное влияние на результаты измерений.
По окончании работы на приборе рекомендуется снять алмазный наконечник, смазать его и уложить в футляр. Периодически следует Усматривать алмазный конус под микроскопом при увеличении не менее 25—30 х. При обнаружении повреждений на наконечнике им нельзя больше пользоваться.
При затуплении шлифовального алмазного конуса наконечник снимают с прибора и производят его заточку (восстановление). При соблюдении правил эксплуатации наконечники, армирован-
ные алмазным конусом, допускают многократное их перешлифование. В случае раскалывания кристалла алмаза в процессе испытаний необходимо тщательно собрать осколки кристалла и сдать
их в установленном порядке. В ряде случаев на предприятиях, в нарушение действующих инструкций, эти осколки используют для других целей, где могут применяться менее качественные кристаллы. Последнее приводит к нерациональному использованию алмазов.
Измерение твердости на приборе ТП (Виккерса) с. алмазной пирамидой. Метод определения твердости алмазной пирамидой применим как к мягким, так и к твердым материалам, но в особенности он эффективен при испытаниях образцов из очень твердых материалов, образцов и изделий, имеющих весьма малые сечения, а также для испытания твердости прочных тонких наружных слоев. Испытания могут производиться при нагрузках от 1 до 120 кг. При выборе величины нагрузки рекомендуется руководствоваться данными, приведенными в табл. 4.
При испытании твердого материала (при#0 более 500) рекомендуется применять нагрузки не более 50 кг, так как в этих случаях большие нагрузки могут вызвать повреждение алмаза.
Метод определения твердости алмазной пирамидой вследствие более низкой производительности применяется реже по сравнению с определением на приборе типа Роквелла. Согласно инструкции испытуемая поверхность образца, так же как и прд измерении твердости алмазным конусом, должна быть чистой и свободной от окалины. Образец должен быть установлен устойчиво, так чтобы в процессе испытания он не перемещался и не прогибался. Соответственно следует соблюдать и ряд других правил предосторожности, изложенных выше. Испытуемая поверхность должна быть установлена нормально к оси наконечника. Наклон ее допускается не свыше 2°.
Кроме того, не рекомендуется производить испытание металлов, имеющих поры, посторонние включения, грубые следы механической обработки и др., так как в этом случае можно повредить алмазную пирамиду.
При установке алмазного наконечника отвертывают колпачок и закрепляют в нем наконечник специальным винтиком так, чтобы нанесенная на наконечнике черта совпала с чертой на колпачке, после чего колпачок снова навертывают на шпиндель прибора. Установка алмазного наконечника по риске необходима для ориентировки отпечатка относительно шторок микроскопа. Неправилыгое крепление алмазной оправки в колпачке может оказывать влияние на результаты измерений. При установке образца следует придерживаться тех же правил, что и при испытании на приборах типа ТК (Рочвелла). Расстояние между центрами двух отпечатков, а также от края образца должно быть не менее 2,5 диагсналей отпечатка. Требования к приборам для определения твердости вдавливанием алмазной пирамиды и правила их проверки изложены в ГОСТах 2999-45, 7038-54 и в инструкции 23Е. 56 Комитета стандартов, мер и измерительных приборов.
При контроле микротвердости на приборах типа ПМТ-2 и ПМТ-3 во избежание поломки наконечника или подвеса рекомендуется алмазный наконечиий всегда держать приподнятым, за исключением момента накола. Измеряемый образец должен быть надежно закреплен на предметном столике прибора, а поверхность накола должна быть строго параллельна его поверхности. Последнее достигается запрессовкой испытуемого образца в пластилин на ручном прессике.
Измерение твердости на приборах ТК (Роквелла)
Прежде всего следует установить, с каким наконечником и при какой нагрузке будет производиться измерение твердости. Затем вставить наконечник в отверстие шпинделя и закрепить винтом. При установке наконечника на прибор необходимо слегка отвернуть стопорный винт на шпинделе прибора и вставить в него наконечник, повернув лыской к винту. Затем вновь завернуть винт. Опорные поверхности наконечника и шпинделя прибора должны плотно прилегать друг к другу. Наличие на опорных поверхностях грязи, смазки, забоин и др. будет отражаться на точности показаний прибора.
В табл. 3 приведены обозначения шкал твердости по ОСТу 10242-40, а также рекомендации по применению различных наконечников при измерении твердости на приборе типа ТК (Роквелла).
Шкала А (см. табл. 3) применяется: а) для измерения твердости сверхтвердых материалов, таких, как металлокерамические твердые сплавы; б) для испытания тонкого твердого листового материала; в) для испытаний, при которых требуется определить твердость лишь тонкого поверхностного слоя.
Шкала С применяется для определения твердости термически обработанных сталей и других материалов, твердость которых может быть в пределах от 20 до 67 ед. При определении твердости материалов менее 20 ед. конус слишком глубоко проникает в образец, в результате чего могут иметь место недостаточно точные показания прибора. При определении твердости материалов более 70 ед. вершина алмазного конуса испытывает весьма
большие нагрузки, вследствие чего кристалл алмаза может быть расколот.
Шкала В служит для испытания материалов средней твердости. При определении твердости материалов выше 100 ед. может деформироваться и сам шарик, что оказывает влияние на точность работы прибора.
В процессе испытания нагрузка на наконечник должна прилагаться плавно, без толчков и ударов, с постоянным возрастанием до заданной величины. Плавная нагрузка на алмазный конус обеспечивается наличием амортизатора (масляного демпфера), который настроен на определенную продолжительность испытания. Поэтому при измерении твердости не следует ускорять или замедлять движение рукоятки. Скорость приложения основной нагрузки определяется с помощью секундомера. Для твердых материалов время приложения основной нагрузки (т. е. время, в течение которого наблюдается заметное перемещение стрелки индикатора) должно равняться 4—5 сек. Снятие основной нагрузки производят плавным и спокойным возвращением пусковой рукоятки в начальное положение. Даже в случае небольшого удара или неправильного обращения кончик алмазного конуса может быть поврежден, вследствие чего прибор будет давать неправильные показания. Алмазный конус может быть расколот при неаккуратной установке или снятии с прибора контролируемого изделия, при смене опорного столика и т. д. По окончании испытания образца или изделия алмазным конусом столик следует опускать возможно ниже, чтобы не повредить алмаза при снятии испытуемого образца. В этих случаях рекомендуется дополнительно защищать алмаз рукой [1].
Опорный столик выбирают в зависимости от конфигурации испытуемого образца или изделия и устанавливают его в отвер-
стие подъемного винта. Менять столик у прибора следует только после того, как будет снят алмазный наконечник.
Большое влияние на срок службы наконечников оказывает правильная установка образцов при испытании. Следует заметить, что при испытании твердости методом статического вдавливания необходимо, чтобы алмазный наконечник вдавливался в образец перпендикулярно его поверхности, если она плоская, и радиально, если она криволинейная. Контролируемое изделие должно быть положено непосредственно на столик, без каких-либо прокладок. В тех случаях, когда это требование не может быть выполнено с использованием одного из столиков, прилагаемых к прибору (контроль шарообразных и конических изделий), рекомендуется изготовить специальный столик. Цилиндрические изделия следует испытывать на призматических столах, при этом ось алмазного наконечника должна быть не только перпендикулярна оси призмы, но и пересекать ее.
На фиг. 14 показано, как нужно устанавливать на опорном столике детали с различной испытуемой поверхностью: 1 — плоской, 2 — цилиндрической, 3 — конусной, 4 — шаровой и криволинейной, 5 — криволинейной с наклонной опорной поверхностью: / — неправильная установка деталей; испытуемая поверхность неперпендикулярна направлению прилагаемой
СИЛЫ;
II—правильная установка; для центрирования применены профильный и опорный столики;
III—неправильная установка; образец неустойчив;
IV—правильная установка; для центрирования применен профильный и опорный столики;
V — неправильная установка; образец может деформироваться;
VI -— правильная установка; образец установлен на специальном опорном столике.
При измерениях твердости наконечником с алмазным конусом расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра другого отпечатка должно быть не менее 2,5 мм. Во избежание скалывания алмаза нельзя проводить испытания вблизи раковин, рисок, канавок и инородных включений на испытуемой поверхности.
Для получения стабильных результатов измерений необходимо, чтобы испытуемая поверхность была зачищенной и сухой. Наличие слоя масла, окалины, коррозии и окисных пленок оказывает заметное влияние на результаты измерений.
По окончании работы на приборе рекомендуется снять алмазный наконечник, смазать его и уложить в футляр. Периодически следует Усматривать алмазный конус под микроскопом при увеличении не менее 25—30 х. При обнаружении повреждений на наконечнике им нельзя больше пользоваться.
При затуплении шлифовального алмазного конуса наконечник снимают с прибора и производят его заточку (восстановление). При соблюдении правил эксплуатации наконечники, армирован-
ные алмазным конусом, допускают многократное их перешлифование. В случае раскалывания кристалла алмаза в процессе испытаний необходимо тщательно собрать осколки кристалла и сдать
их в установленном порядке. В ряде случаев на предприятиях, в нарушение действующих инструкций, эти осколки используют для других целей, где могут применяться менее качественные кристаллы. Последнее приводит к нерациональному использованию алмазов.
Измерение твердости на приборе ТП (Виккерса) с. алмазной пирамидой. Метод определения твердости алмазной пирамидой применим как к мягким, так и к твердым материалам, но в особенности он эффективен при испытаниях образцов из очень твердых материалов, образцов и изделий, имеющих весьма малые сечения, а также для испытания твердости прочных тонких наружных слоев. Испытания могут производиться при нагрузках от 1 до 120 кг. При выборе величины нагрузки рекомендуется руководствоваться данными, приведенными в табл. 4.
При испытании твердого материала (при#0 более 500) рекомендуется применять нагрузки не более 50 кг, так как в этих случаях большие нагрузки могут вызвать повреждение алмаза.
Метод определения твердости алмазной пирамидой вследствие более низкой производительности применяется реже по сравнению с определением на приборе типа Роквелла. Согласно инструкции испытуемая поверхность образца, так же как и прд измерении твердости алмазным конусом, должна быть чистой и свободной от окалины. Образец должен быть установлен устойчиво, так чтобы в процессе испытания он не перемещался и не прогибался. Соответственно следует соблюдать и ряд других правил предосторожности, изложенных выше. Испытуемая поверхность должна быть установлена нормально к оси наконечника. Наклон ее допускается не свыше 2°.
Кроме того, не рекомендуется производить испытание металлов, имеющих поры, посторонние включения, грубые следы механической обработки и др., так как в этом случае можно повредить алмазную пирамиду.
При установке алмазного наконечника отвертывают колпачок и закрепляют в нем наконечник специальным винтиком так, чтобы нанесенная на наконечнике черта совпала с чертой на колпачке, после чего колпачок снова навертывают на шпиндель прибора. Установка алмазного наконечника по риске необходима для ориентировки отпечатка относительно шторок микроскопа. Неправилыгое крепление алмазной оправки в колпачке может оказывать влияние на результаты измерений. При установке образца следует придерживаться тех же правил, что и при испытании на приборах типа ТК (Рочвелла). Расстояние между центрами двух отпечатков, а также от края образца должно быть не менее 2,5 диагсналей отпечатка. Требования к приборам для определения твердости вдавливанием алмазной пирамиды и правила их проверки изложены в ГОСТах 2999-45, 7038-54 и в инструкции 23Е. 56 Комитета стандартов, мер и измерительных приборов.
При контроле микротвердости на приборах типа ПМТ-2 и ПМТ-3 во избежание поломки наконечника или подвеса рекомендуется алмазный наконечиий всегда держать приподнятым, за исключением момента накола. Измеряемый образец должен быть надежно закреплен на предметном столике прибора, а поверхность накола должна быть строго параллельна его поверхности. Последнее достигается запрессовкой испытуемого образца в пластилин на ручном прессике.
Алмазные наконечники
14/03/11 13:51
Процесс изготовления указанных алмазных инструментов имеет ряд совершенно аналогичных операций, выполняемых на одних и тех же станках и приспособлениях. Поэтому в данном разделе будут описаны лишь основные операции процесса изготовления наконечников с алмазным конусом и некоторых других инструментов.
Наконечник с алмазным конусом. Одной из ответственных операций процесса изготовления наконечника является прочность крепления кристалла в оправе, так как в процессе испытаний на алмаз действуют большие нагрузки. Поэтому при недостаточно прочном креплении кристалла в оправе может произойти вдавливание кристалла в тело оправы, смешение и повертывание оси алмазного конуса относительно оси оправы и др., что будет оказывать влияние на точность показаний прибора, а также и на срок службы наконечника.
В течение длительного времени крепление кристаллов алмазов в наконечниках с алмазным конусом производилось путем пайки. Однако этот метод крепления вследствие недостаточной прочности применявшихся припсев не обеспечивал прочности указанного соединения, в результате чего был разработан ряд новых методов. На фиг. 8 приведена схема креплениз кристалла алмаза в оправе наконечника с алмазным конусом. В этой схеме крепления кристалл алмаза опирается специально отшлифованной плоской I ,,аныо, перпендикулярной к оси конуса, на плоскость твердо-сплав..ой пластины, впаянной в тело оправки, естественно, тто этот метод крепления обеспечивает более устойчивое положение кристалла алмаза при действии на него нагрузок. Недостатком
конструкции является необходимость спиливания или сошлпфовы-вания части кристалла алмаза. Между тем, в некоторых случаях в процессе эксплуатации наконечника представляется возможным использовать также противоположную вершину кристалла, которая при данном методе крепления удаляется. Наиболее соверш* нным методом крепления алмаза является запрессовывание кристалла алмаза в металлокерамичеекий брикет, который затем спекают. Благодаря высоким прочностным показателям материала металло-кепамического брикета обеспечивается прочное крепление кристалла алмаза.
Следующей оп оацией процесса является предварительная обработка конуса. Первоначально конус закрепленного кристалла алмаза обрабатывают на настольном токарном станке; число оборотов шпинделя станка приблизительно 800 в минуту. Вместо резца применяется металлическая оправка с закрепленным в ней крупным менее качественным кристаллом (алмазным бортом) весом от 0,2 до 1,5 карата. Обычно для этой пели используют кристаллы алмазного борта, имеющие острые режущие ребра. Е процессе выполнения этой операции оправка с кристаллом алмазногс борта не крепится в суппорте станка, а удерживается вручную. Время выполнения этой операции составляет примерно 10—20 мин. в зависимости от формы кристалла. При обработке трением одного кристалла алмаза о другой образуются отходы алмазов в виде мелких осколков, которые следует собирать с помощью специально установленных на станке заградительных тожухов или щитов.
1 осле указанной обработки производят предварительное шлифование алмазного конуса на обычных кругюшлифовальных станках. Гт щ этом вместо абразивного круга устанавлгвают чугунный диск соответствующего размера, изготовленный из перлитного чугуна. На заводе, изготовляющем алмазные инструменты, предварительное шлифование алмазного конуса произьодят на круглсшлчфсзальном станке типа ЗГ12. на котором установлен чугунный диск диаметром приблизительно 200 мм. Число оборотов шпинделя станка 3500 в минуту. При этом скорость шлифования составляет приблизительно 36 м/сек Операция шлифования производится в течение 10—15 мин. при длительном выхаживании без под, 'щ круга на врезание.
Переднюю бабку станка, во вращающемся шпинделе которой укреплен а лмазный наконечник, повертывают под углом 60° в направлении движения стола относительно рабочей поверхности чугунного диска. В связи с тем, что шлифование алмазного конуса на чугунном диске осуществляется с высокими окружными скоростями, а вес диска в несколько раз болыце вега обычного шлифовального круга, рекомендуется производить особо тщательную его балансировку. Неуравновешенность или дисбаланс чугунного диска вызывает, с одной стороны, преждевременный износ подшипников станка, с другой стороны, вибрации в процессе шлифования, которые могут вызвать раскалывание кристалла алмаза.
От уравновешенности системы во многом зависит и качество шлифуемой поверхности. Балансировку чугунного диска следует производить с точностью не ниже 1-го класса согласно ГОСТу 3060-55. уравновешивание массы диска осуществляется или путем сверления неглубоких отверстий на тяжелой стороне, или путем перемещения подвижных грузов, размещенных в планшайбе.
Окончательное шлифование алмазного конуса наконечника производят на таких же станках. Однако в качестве инструмента применяют не чугунные, а стеклянные диски, имеющие наружный диаметр 300 мм", внутренний 55 и высоту от 25 до 40 мм. Согласно техническим условиям эти диски изготовляются из неполированного стекла непрерывного проката, причем стекло должно быть равномерно отожжено. Напряжения в стекле не должны превышать 10 миллимикрон на 1 мм хода луча. Не допускаются в стекле фицы, трещины и инородные включения. Степень отжига стекла определяется путем просмотра в торцовые грани образца стекла. При неравномерном отжиге на стекле будут видны трещины.
Режим шлифования: скорость шлифования примерно равна 25 м/сек, число оборотов изделия приблизительно 450 в минуту. Шлифование алмазных конусов на стеклянном диске обеспечивает получение микрогеометрии поверхности в пределах до 14-го класса по ГОСТу 2789-51.
Следующей операцией процесса является заправка радиуса на вершине конуса R = 0,2 мм, выполняемая вручную с помощью плоского металлического притира, шаржированного алмазными микропорошками зернистостью 3—5 мк. Если при выполнении этой операции центр сферической поверхности вершины наконечника будет смешен относительно оси алмазного конуса, то, как показала практика, при измерении твердости таким наконечником будут неизбежны погрешности. Указанные погрешности могут иметь место также, если ось сферы и ось конуса не совпадают с осью металлической оправы.
После заправки радиуса производят контроль геометрических размеров оправки и особенно алмазного конуса, а затем контрольные измерения на эталонном приборе. Проверка алмазного конуса производится путем сравнения показаний с контрольным конусом на контрольном приборе при помощи четырех образцовых мер. При проверке наносят в пределах одного и того же участка рабочей поверхности пять отпечатков контрольным наконечником и пять отпечатков проверяемым наконечником. Отклонения средних значений чисел твердости, подсчитанных по результатам испытаний, не должны превышать +0,5 ед. Согласно чертежу поверхность алмаза на длине не менее 0,3 мм от вершины конуса должна быть тщательно отполирована. На этой поверхности не должно быть сколов, трещин и других дефектов.
Высокие требования к геометрии формы и микрогеометрии поверхности алмазного конуса обусловлены, с одной стороны, требованиями точности работы прибора, с другой стороны, большими удельным-и давлениями на рабочую поверхность конуса в процессе
работы. При этих условиях большое влияние на процесс проникновения в тело испытуемого образца алмазного конуса будет оказывать его микрогеометрия. От величины микронеровностей будет зависеть величина коэффициента внешнего трения, а соответственно и глубина проникновения алмазного конуса в испытуемое тело.
Для контроля формы наконечников с алмазным конусом или пирамидой недавно был разработан прибор, показанный на фиг. 9. Сущность метода, на котором основаны измерения, состоит в том, что при вдавливании вершины наконечника в пластичный материал на боковой поверхности вдавливаемого наконечника по линии его границы с пластичным материалом остается тонкая замкнутая линия. После многократного вдавливания вершины наконечника в плоскую поверхность металлической пластинки в разных участках на различные последовательно уменьшающиеся и точно измеряемые глубины на боковой поверхности наконечника образуются замкнутые линии, измеряемые обычными методами. При измерении на приборе, показанном на фиг. 9, наконечник укрепляют в шпинделе 3, который перемещается маховичком 5, при этом величина перемещения измеряется индикатором 4 с ценой деления 2 мк. На столик 1 винтового пресса кладут плоскопараллельную латунную пластину 2 с травленой верхней поверхностью.
Сначала шпиндель с наконечником приводят в исходное положение; для этого определяют момент касания его вершины с поверхностью пластинки по известному способу ФИЗО, т. е. по сближению видимых в поле зрения микроскопа 6 изображения вершины наконечника и его отражения от поверхности пластинки. Затем устанавливают в исходное положение шкалу индикатора, наконечник которого должен касаться торца шпинделя при натяге 400—500 мк. Нулевое деление шкалы совмещают со стрелкой и вдавливают наконечник в пластинку на глубину, достаточную для определения формы вершины на заданной высоте. После этого шпиндель с наконечником поднимают, перемещают латунную пла-•стинку, вновь устанавливают наконечник в исходное положение и производят последующее вдавливание на меньшую глубину.
Цикл многократно повторяют, каждый раз подводя под наконечник новый участок пластинки и уменьшая глубину вдавливания (250, 200, 150, 100 и 50 мк).
После каждого вдавливания наконечника на его поверхности остается тонкое замкнутое кольцо, состоящее из мельчайших частиц материала пластины, хорошо видимых под микроскопом при увеличении 30 х и более. После вдавливаний наконечника его снимают и устанавливают вершиной вверх на столике микроскопа.
Затем на столик ставят стеклянный цилиндр соосно с наконечником. Сбоку ставят осветительную лампу так, чтобы конус наконечника был равномерно освещен, а кольца отчетливо видны. В случае неправильной формы конуса кольцевые линии не будут иметь форму правильной окружности. На фиг. 10 показан контур рабочей части наконечника с алмазным конусом, полученный после вдавливания наконечника сначала на глубину 240 мк, а затем на глубины, последовательно уменьшающиеся на 20 мк. Отклонение кривых от формы правильной окружности свидетельствует о неудовлетворительном качестве шлифования алмазного конуса.
Изготовление наконечников с алмазной пирамидой. Отобранные алмазы закрепляют в оправе так же, как и наконечники с алмазным конусом, — путем пайки. Затем подготовленную оправу с закрепленным алмазом устанавливают в держатель приспособления специального гранильного станка для шлифования четырех граней пирамиды. При шлифовании закрепленный в оправу алмаз плавно подводят к быстро вращающемуся в горизонтальной плоскости чугунному диску, рабочая поверхность которого шаржирована мелким алмазным микропорошком зернистостью порядка 20—40 мк.
На фиг. 11 приведена одна из конструкций станка для огранки алмазов. Станок состоит из станины 1, соединенной с верхним кронштейном 9 с помощью стойки 8\ стола 3 и шпинделя 11, на котором закреплен чугунный диск 2. Вращение диска производится от индивидуального электродвигателя посредством ременной передачи. С "целью снижения вибраций шпинделя рекомендуется применять ремни без сшивок (клиновые).
Давление верхнего опорного подшипника 4 регулируется с помощью маховичка б, винта 7, стакана 10 и пружины. На столе
станка устанавливают одновременно несколько приспособлений 5, в которые закрепляют оправку с алмазом для их шлифования. С целью уменьшения вибраций системы, которые могут вызвать выкрашивание острых ребер, стол, станина и электродвигатель смонтированы отдельно друг от друга. Хомут 12 служит для предохранения шпинделя от смещения его из центровых подшипниковых опор.
Преимуществом описанной конструкции станка является, с одной стороны, возможность быстрой смены изношенного диска, с другой стороны, предшествующая обработка поверхностей диска непосредственно на центровых подшипниковых опорах обеспечивает точную его установку на гранильном станке. На рабочей поверхности чугунного диска делают мелкие радиальные риски, в которые с помощью каленой стальной пластинки втирают в течение ~20 мин. алмазную пасту равномерно по всей рабочей части диска. На шаржирование рабочей поверхности диска диаметром 240 мм расходуется 0,5 карата алмазного микропорошк^ соответствующей зернистости.
По данным ряда зарубежных предприятий диски рекомендуется изготовлять из чугуна с высоким содержанием кремния и фосфора, около 1,5% каждого. Используемый для этой цели чугун должен иметь твердость Нв 260 кг/мм2, а также поры соответствующих размеров.
Дрхнологический процесс подготовки диска состоит из следую-щж'операций: а) протачивания диска в центрах; б) балансировки; .^шлифования рабочей поверхности; г) нанесения рисок глубиной до 0,3 мм; д) втирания алмазного микропорошка, смешанного с прованским маслом.
На фиг. 12 показана одна из многочисленных конструкций приспособления для установки алмаза при его огранке. В салазках 1 установлен ползун 2, нижняя часть которого имеет форму ласточкина хвоста. На ползуне укреплена стойка 3. В верхнем ■ конце стойки закреплено свободно качающееся коромысло 4, что обеспечивает возможность опускания закрепленного в поворотном угольнике 8 алмаза на поверхность вращающегося диска и отвод алмаза путем откидывания коромысла назад. Последнее необходимо как для установки оправы с алмазом, так и для контроля процесса шлифования граней.
i Величина силы, прижимающей алмаз к поверхности вращающегося-диска, определяется весом коромысла, поворотных угольников 6, 7 и 8 и груза 5, который устанавливается в тех случаях, :когда плоскость соприкосновения алмаза с диском большая. При помощи поворотных угольников 6, 7 и 8 можно установить алмаз в любом положении. Эти угольники имеют шкалы, позволяющие :быстро производить точную установку шлифуемого алмаза под требуемым углом. Регулируемый по высоте винтовой упор 9, контргайка 10 и стойка И служат для установки оправы с алмазом на -определенном расстоянии относительно рабочей поверхности вращающегося диска.
На фиг. 13 показано приспособление для установки алмаза при его шлифовании (огранке). По данным Гродзинского [54] эта конструкция является наиболее совершенной. Она имеет алюминиевый корпус, который устанавливается в горизонтальной плоскости с помощью выравнивающих винтов. Контроль положения приспособления в горизонтальной плоскости производится с помощью двухпозиционного уровня.
На некоторых специализированных предприятиях, изготовляющих алмазные инструменты, применяют более совершенные станки-
полуавтоматы для шлифования алмазов В отличие от описанных выше конструкций в этих станках диск имеет планетарное движение, которое осуществляется от индивидуального электродвигателя. Наличие планетарного движения обеспечивает более высокую производительность процесса шлифования и чистоту шлифуемой поверхности. Давление обрабатываемого кристалла алмаза на диск регулируется противовесом или пружиной. Указывается, что на станке можно обрабатывать плоские, сферические и когшческие поверхности. Так, например, при шлифовании конических поверхностей оправа с закрепленным в ней алмазом вращается от индивидуального электродвигателя. При шлифовании сферических поверхностей оправа с алмазом, кроме вращения вокруг собственной оси, повертывается также вокруг оси приспособления, образуя сферу радиусом до 300 мм. Это дополнительное движение осуществляется с помощью четвертого электродвигателя.
При огранке алмаза возникает «Поющий звук», Но чистотй которого гранильщик определяет протекание процесса огранки. Смещением ползуна относительно оси вращения чугунного диска находят оптимальное положение шлифуемого алмаза на рабочей поверхности диска. Периодически производят контроль процесса огранки. Желательно, чтобы все четыре грани алмазной пирамиды образовывали вершину в виде точки.
Готовые наконечники с алмазной пирамидой контролируются не только по геометрическим размерам, но и на эталонном приборе.
Наконечники с алмазными пирамидами для измерения микротвердости изготовляются аналогичным способом. Вследствие малых величин нагрузок, применяемых при измерении микротвердости, а соответственно и малых размеров получаемых отпечатков, к этим наконечникам предъявляются повышенные требования по точности изготовления алмазной пирамиды. Так, если в наконечниках к приборам типа ТП (Виккерса) грани, образующие пирамиду, могут иметь гребень на вершине длиной в несколько микронов, то в наконечниках к приборам для измерения микротвердости величина этого гребня допускается не более одного микрона. Кроме того, для уменьшения трения при вдавливании и повышения прочности вершины пирамиды рекомендуется производить более тщательное полирование граней на длине не менее 0,15 мм, считая по оси пирамиды.
Шлифование граней пирамиду производится аналогичным методом на гранильном станке, конструкция которого была описана выше.
Контроль готовых наконечников производится путем проверки размеров державки и геометрической формы рабочей части алмаза.
Технологический процесс изготовления наконечников для измерения твердости методом упругого отскока, за исключением операции шлифования сферической поверхности, аналогичен процессу изготовления наконечников с алмазным конусом. Так же изготовляются и наконечники для измерения твердости царапанием и алмазные иглы для измерения микрогеометрии поверхности.
Наконечник с алмазным конусом. Одной из ответственных операций процесса изготовления наконечника является прочность крепления кристалла в оправе, так как в процессе испытаний на алмаз действуют большие нагрузки. Поэтому при недостаточно прочном креплении кристалла в оправе может произойти вдавливание кристалла в тело оправы, смешение и повертывание оси алмазного конуса относительно оси оправы и др., что будет оказывать влияние на точность показаний прибора, а также и на срок службы наконечника.
В течение длительного времени крепление кристаллов алмазов в наконечниках с алмазным конусом производилось путем пайки. Однако этот метод крепления вследствие недостаточной прочности применявшихся припсев не обеспечивал прочности указанного соединения, в результате чего был разработан ряд новых методов. На фиг. 8 приведена схема креплениз кристалла алмаза в оправе наконечника с алмазным конусом. В этой схеме крепления кристалл алмаза опирается специально отшлифованной плоской I ,,аныо, перпендикулярной к оси конуса, на плоскость твердо-сплав..ой пластины, впаянной в тело оправки, естественно, тто этот метод крепления обеспечивает более устойчивое положение кристалла алмаза при действии на него нагрузок. Недостатком
конструкции является необходимость спиливания или сошлпфовы-вания части кристалла алмаза. Между тем, в некоторых случаях в процессе эксплуатации наконечника представляется возможным использовать также противоположную вершину кристалла, которая при данном методе крепления удаляется. Наиболее соверш* нным методом крепления алмаза является запрессовывание кристалла алмаза в металлокерамичеекий брикет, который затем спекают. Благодаря высоким прочностным показателям материала металло-кепамического брикета обеспечивается прочное крепление кристалла алмаза.
Следующей оп оацией процесса является предварительная обработка конуса. Первоначально конус закрепленного кристалла алмаза обрабатывают на настольном токарном станке; число оборотов шпинделя станка приблизительно 800 в минуту. Вместо резца применяется металлическая оправка с закрепленным в ней крупным менее качественным кристаллом (алмазным бортом) весом от 0,2 до 1,5 карата. Обычно для этой пели используют кристаллы алмазного борта, имеющие острые режущие ребра. Е процессе выполнения этой операции оправка с кристаллом алмазногс борта не крепится в суппорте станка, а удерживается вручную. Время выполнения этой операции составляет примерно 10—20 мин. в зависимости от формы кристалла. При обработке трением одного кристалла алмаза о другой образуются отходы алмазов в виде мелких осколков, которые следует собирать с помощью специально установленных на станке заградительных тожухов или щитов.
1 осле указанной обработки производят предварительное шлифование алмазного конуса на обычных кругюшлифовальных станках. Гт щ этом вместо абразивного круга устанавлгвают чугунный диск соответствующего размера, изготовленный из перлитного чугуна. На заводе, изготовляющем алмазные инструменты, предварительное шлифование алмазного конуса произьодят на круглсшлчфсзальном станке типа ЗГ12. на котором установлен чугунный диск диаметром приблизительно 200 мм. Число оборотов шпинделя станка 3500 в минуту. При этом скорость шлифования составляет приблизительно 36 м/сек Операция шлифования производится в течение 10—15 мин. при длительном выхаживании без под, 'щ круга на врезание.
Переднюю бабку станка, во вращающемся шпинделе которой укреплен а лмазный наконечник, повертывают под углом 60° в направлении движения стола относительно рабочей поверхности чугунного диска. В связи с тем, что шлифование алмазного конуса на чугунном диске осуществляется с высокими окружными скоростями, а вес диска в несколько раз болыце вега обычного шлифовального круга, рекомендуется производить особо тщательную его балансировку. Неуравновешенность или дисбаланс чугунного диска вызывает, с одной стороны, преждевременный износ подшипников станка, с другой стороны, вибрации в процессе шлифования, которые могут вызвать раскалывание кристалла алмаза.
От уравновешенности системы во многом зависит и качество шлифуемой поверхности. Балансировку чугунного диска следует производить с точностью не ниже 1-го класса согласно ГОСТу 3060-55. уравновешивание массы диска осуществляется или путем сверления неглубоких отверстий на тяжелой стороне, или путем перемещения подвижных грузов, размещенных в планшайбе.
Окончательное шлифование алмазного конуса наконечника производят на таких же станках. Однако в качестве инструмента применяют не чугунные, а стеклянные диски, имеющие наружный диаметр 300 мм", внутренний 55 и высоту от 25 до 40 мм. Согласно техническим условиям эти диски изготовляются из неполированного стекла непрерывного проката, причем стекло должно быть равномерно отожжено. Напряжения в стекле не должны превышать 10 миллимикрон на 1 мм хода луча. Не допускаются в стекле фицы, трещины и инородные включения. Степень отжига стекла определяется путем просмотра в торцовые грани образца стекла. При неравномерном отжиге на стекле будут видны трещины.
Режим шлифования: скорость шлифования примерно равна 25 м/сек, число оборотов изделия приблизительно 450 в минуту. Шлифование алмазных конусов на стеклянном диске обеспечивает получение микрогеометрии поверхности в пределах до 14-го класса по ГОСТу 2789-51.
Следующей операцией процесса является заправка радиуса на вершине конуса R = 0,2 мм, выполняемая вручную с помощью плоского металлического притира, шаржированного алмазными микропорошками зернистостью 3—5 мк. Если при выполнении этой операции центр сферической поверхности вершины наконечника будет смешен относительно оси алмазного конуса, то, как показала практика, при измерении твердости таким наконечником будут неизбежны погрешности. Указанные погрешности могут иметь место также, если ось сферы и ось конуса не совпадают с осью металлической оправы.
После заправки радиуса производят контроль геометрических размеров оправки и особенно алмазного конуса, а затем контрольные измерения на эталонном приборе. Проверка алмазного конуса производится путем сравнения показаний с контрольным конусом на контрольном приборе при помощи четырех образцовых мер. При проверке наносят в пределах одного и того же участка рабочей поверхности пять отпечатков контрольным наконечником и пять отпечатков проверяемым наконечником. Отклонения средних значений чисел твердости, подсчитанных по результатам испытаний, не должны превышать +0,5 ед. Согласно чертежу поверхность алмаза на длине не менее 0,3 мм от вершины конуса должна быть тщательно отполирована. На этой поверхности не должно быть сколов, трещин и других дефектов.
Высокие требования к геометрии формы и микрогеометрии поверхности алмазного конуса обусловлены, с одной стороны, требованиями точности работы прибора, с другой стороны, большими удельным-и давлениями на рабочую поверхность конуса в процессе
работы. При этих условиях большое влияние на процесс проникновения в тело испытуемого образца алмазного конуса будет оказывать его микрогеометрия. От величины микронеровностей будет зависеть величина коэффициента внешнего трения, а соответственно и глубина проникновения алмазного конуса в испытуемое тело.
Для контроля формы наконечников с алмазным конусом или пирамидой недавно был разработан прибор, показанный на фиг. 9. Сущность метода, на котором основаны измерения, состоит в том, что при вдавливании вершины наконечника в пластичный материал на боковой поверхности вдавливаемого наконечника по линии его границы с пластичным материалом остается тонкая замкнутая линия. После многократного вдавливания вершины наконечника в плоскую поверхность металлической пластинки в разных участках на различные последовательно уменьшающиеся и точно измеряемые глубины на боковой поверхности наконечника образуются замкнутые линии, измеряемые обычными методами. При измерении на приборе, показанном на фиг. 9, наконечник укрепляют в шпинделе 3, который перемещается маховичком 5, при этом величина перемещения измеряется индикатором 4 с ценой деления 2 мк. На столик 1 винтового пресса кладут плоскопараллельную латунную пластину 2 с травленой верхней поверхностью.
Сначала шпиндель с наконечником приводят в исходное положение; для этого определяют момент касания его вершины с поверхностью пластинки по известному способу ФИЗО, т. е. по сближению видимых в поле зрения микроскопа 6 изображения вершины наконечника и его отражения от поверхности пластинки. Затем устанавливают в исходное положение шкалу индикатора, наконечник которого должен касаться торца шпинделя при натяге 400—500 мк. Нулевое деление шкалы совмещают со стрелкой и вдавливают наконечник в пластинку на глубину, достаточную для определения формы вершины на заданной высоте. После этого шпиндель с наконечником поднимают, перемещают латунную пла-•стинку, вновь устанавливают наконечник в исходное положение и производят последующее вдавливание на меньшую глубину.
Цикл многократно повторяют, каждый раз подводя под наконечник новый участок пластинки и уменьшая глубину вдавливания (250, 200, 150, 100 и 50 мк).
После каждого вдавливания наконечника на его поверхности остается тонкое замкнутое кольцо, состоящее из мельчайших частиц материала пластины, хорошо видимых под микроскопом при увеличении 30 х и более. После вдавливаний наконечника его снимают и устанавливают вершиной вверх на столике микроскопа.
Затем на столик ставят стеклянный цилиндр соосно с наконечником. Сбоку ставят осветительную лампу так, чтобы конус наконечника был равномерно освещен, а кольца отчетливо видны. В случае неправильной формы конуса кольцевые линии не будут иметь форму правильной окружности. На фиг. 10 показан контур рабочей части наконечника с алмазным конусом, полученный после вдавливания наконечника сначала на глубину 240 мк, а затем на глубины, последовательно уменьшающиеся на 20 мк. Отклонение кривых от формы правильной окружности свидетельствует о неудовлетворительном качестве шлифования алмазного конуса.
Изготовление наконечников с алмазной пирамидой. Отобранные алмазы закрепляют в оправе так же, как и наконечники с алмазным конусом, — путем пайки. Затем подготовленную оправу с закрепленным алмазом устанавливают в держатель приспособления специального гранильного станка для шлифования четырех граней пирамиды. При шлифовании закрепленный в оправу алмаз плавно подводят к быстро вращающемуся в горизонтальной плоскости чугунному диску, рабочая поверхность которого шаржирована мелким алмазным микропорошком зернистостью порядка 20—40 мк.
На фиг. 11 приведена одна из конструкций станка для огранки алмазов. Станок состоит из станины 1, соединенной с верхним кронштейном 9 с помощью стойки 8\ стола 3 и шпинделя 11, на котором закреплен чугунный диск 2. Вращение диска производится от индивидуального электродвигателя посредством ременной передачи. С "целью снижения вибраций шпинделя рекомендуется применять ремни без сшивок (клиновые).
Давление верхнего опорного подшипника 4 регулируется с помощью маховичка б, винта 7, стакана 10 и пружины. На столе
станка устанавливают одновременно несколько приспособлений 5, в которые закрепляют оправку с алмазом для их шлифования. С целью уменьшения вибраций системы, которые могут вызвать выкрашивание острых ребер, стол, станина и электродвигатель смонтированы отдельно друг от друга. Хомут 12 служит для предохранения шпинделя от смещения его из центровых подшипниковых опор.
Преимуществом описанной конструкции станка является, с одной стороны, возможность быстрой смены изношенного диска, с другой стороны, предшествующая обработка поверхностей диска непосредственно на центровых подшипниковых опорах обеспечивает точную его установку на гранильном станке. На рабочей поверхности чугунного диска делают мелкие радиальные риски, в которые с помощью каленой стальной пластинки втирают в течение ~20 мин. алмазную пасту равномерно по всей рабочей части диска. На шаржирование рабочей поверхности диска диаметром 240 мм расходуется 0,5 карата алмазного микропорошк^ соответствующей зернистости.
По данным ряда зарубежных предприятий диски рекомендуется изготовлять из чугуна с высоким содержанием кремния и фосфора, около 1,5% каждого. Используемый для этой цели чугун должен иметь твердость Нв 260 кг/мм2, а также поры соответствующих размеров.
Дрхнологический процесс подготовки диска состоит из следую-щж'операций: а) протачивания диска в центрах; б) балансировки; .^шлифования рабочей поверхности; г) нанесения рисок глубиной до 0,3 мм; д) втирания алмазного микропорошка, смешанного с прованским маслом.
На фиг. 12 показана одна из многочисленных конструкций приспособления для установки алмаза при его огранке. В салазках 1 установлен ползун 2, нижняя часть которого имеет форму ласточкина хвоста. На ползуне укреплена стойка 3. В верхнем ■ конце стойки закреплено свободно качающееся коромысло 4, что обеспечивает возможность опускания закрепленного в поворотном угольнике 8 алмаза на поверхность вращающегося диска и отвод алмаза путем откидывания коромысла назад. Последнее необходимо как для установки оправы с алмазом, так и для контроля процесса шлифования граней.
i Величина силы, прижимающей алмаз к поверхности вращающегося-диска, определяется весом коромысла, поворотных угольников 6, 7 и 8 и груза 5, который устанавливается в тех случаях, :когда плоскость соприкосновения алмаза с диском большая. При помощи поворотных угольников 6, 7 и 8 можно установить алмаз в любом положении. Эти угольники имеют шкалы, позволяющие :быстро производить точную установку шлифуемого алмаза под требуемым углом. Регулируемый по высоте винтовой упор 9, контргайка 10 и стойка И служат для установки оправы с алмазом на -определенном расстоянии относительно рабочей поверхности вращающегося диска.
На фиг. 13 показано приспособление для установки алмаза при его шлифовании (огранке). По данным Гродзинского [54] эта конструкция является наиболее совершенной. Она имеет алюминиевый корпус, который устанавливается в горизонтальной плоскости с помощью выравнивающих винтов. Контроль положения приспособления в горизонтальной плоскости производится с помощью двухпозиционного уровня.
На некоторых специализированных предприятиях, изготовляющих алмазные инструменты, применяют более совершенные станки-
полуавтоматы для шлифования алмазов В отличие от описанных выше конструкций в этих станках диск имеет планетарное движение, которое осуществляется от индивидуального электродвигателя. Наличие планетарного движения обеспечивает более высокую производительность процесса шлифования и чистоту шлифуемой поверхности. Давление обрабатываемого кристалла алмаза на диск регулируется противовесом или пружиной. Указывается, что на станке можно обрабатывать плоские, сферические и когшческие поверхности. Так, например, при шлифовании конических поверхностей оправа с закрепленным в ней алмазом вращается от индивидуального электродвигателя. При шлифовании сферических поверхностей оправа с алмазом, кроме вращения вокруг собственной оси, повертывается также вокруг оси приспособления, образуя сферу радиусом до 300 мм. Это дополнительное движение осуществляется с помощью четвертого электродвигателя.
При огранке алмаза возникает «Поющий звук», Но чистотй которого гранильщик определяет протекание процесса огранки. Смещением ползуна относительно оси вращения чугунного диска находят оптимальное положение шлифуемого алмаза на рабочей поверхности диска. Периодически производят контроль процесса огранки. Желательно, чтобы все четыре грани алмазной пирамиды образовывали вершину в виде точки.
Готовые наконечники с алмазной пирамидой контролируются не только по геометрическим размерам, но и на эталонном приборе.
Наконечники с алмазными пирамидами для измерения микротвердости изготовляются аналогичным способом. Вследствие малых величин нагрузок, применяемых при измерении микротвердости, а соответственно и малых размеров получаемых отпечатков, к этим наконечникам предъявляются повышенные требования по точности изготовления алмазной пирамиды. Так, если в наконечниках к приборам типа ТП (Виккерса) грани, образующие пирамиду, могут иметь гребень на вершине длиной в несколько микронов, то в наконечниках к приборам для измерения микротвердости величина этого гребня допускается не более одного микрона. Кроме того, для уменьшения трения при вдавливании и повышения прочности вершины пирамиды рекомендуется производить более тщательное полирование граней на длине не менее 0,15 мм, считая по оси пирамиды.
Шлифование граней пирамиду производится аналогичным методом на гранильном станке, конструкция которого была описана выше.
Контроль готовых наконечников производится путем проверки размеров державки и геометрической формы рабочей части алмаза.
Технологический процесс изготовления наконечников для измерения твердости методом упругого отскока, за исключением операции шлифования сферической поверхности, аналогичен процессу изготовления наконечников с алмазным конусом. Так же изготовляются и наконечники для измерения твердости царапанием и алмазные иглы для измерения микрогеометрии поверхности.