Концевые меры длины

Плоскопараллельные концевые меры длины (КМД), они же Jo Blocks ("Johansson gauge blocks"), они же плитки Йоханссона (устар. плитки Иогансона, Carl Edvard Johansson (1864 – 1943) ) - меры длины с постоянным значением размера между двумя взаимно параллельными измерительными плоскостями. КМД служат для передачи значений размера от государственного эталона длины до изделия. Применение КМД обеспечивает единство средств измерений в машиностроении. С помощью КМД поверяют контрольно-измерительные средства, устанавливают измерительные средства на номинальный размер, настраивают станки и приспособления, устройства для разметочных работ и т. д. Как правило, имеют форму прямоугольного параллелепипеда или кругового цилиндра.

Выпускаются в одном футляре наборами, чтобы можно было составлять блоки для измерения любого размера, собирая их из возможно меньшего числа мер (как правило, не более 5 штук).

А здесь продемонстрированы некоторые приемы, связанные с применением мер Jo Blocks.

При работе с КМД используют  свойство притираемости. До сих пор не существует единой версии этого эффекта. Вот одна из них. В процессе перемещения одной по поверхности по другой при наличии тончайшего слоя смазки возникает сцепление между их поверхностями, и при этом истекает смазка, аккумулированная в микропорах КМД. Это позволяет составлять блоки из мер  размером до 100 мм без дополнительного крепления. Для обеспечения притираемости КМД  должны иметь шероховатость рабочих поверхностей не более Ra=0, 01 мм, а твёрдость материала должна быть не ниже 62 HRC.

В 1917 г. Йоханссон сумел так притереть две свои плитки, что они не разъединились даже под действием силы в 100 килограммов. Такой притиркой можно «склеить» не только две, но и несколько плиток и получить калибр, размер которого равен сумме размеров притертых плиток.

Свойство точно шлифованных поверхностей крепко приставать друг к другу давно уже известно ученым. Джозеф Витворт (Joseph Whitworth) ещё в 60-х годах XIX века заметил это свойство у поверочных плит, поверхности которых смазаны тонким слоем масла или другой жидкости. Для разъединения таких плит приходится иной раз сдвигать их одну по другой, так как отделить их обычным путем оказывается невозможным (эту картинку легко наблюдать у двух стеклянных пластинок, между которыми находится тончайший слой жидкости).

 

Чем тоньше пленка жидкости между поверхностями, тем труднее, даже путем сдвигания, разъединять плиты. Некоторые ученые предположили, что прочное соединение вызывается силой атмосферного давления. Однако выяснилось, что если притирать плитки в безвоздушном пространстве (опыты проф. Джона Тиндаля (John Tyndall)), то свойство сцепления сохраняется полностью. Тиндаль решил, что между притираемыми плитками остается настолько ничтожное пространство, что начинают действовать силы молекулярного притяжения. Предположение Тиндаля давало очень правдоподобный ключ к разгадке прочного соединения стальных плиток. Плитки соединяются под действием молекулярного притяжения. Оно начинает проявляться при максимальной близости между поверхностями, обусловленной исключительной точностью изготовления мерительных плоскостей и тщательным притиранием их друг к другу.

В 1911 г. явление «слипания» заинтересовало английского ученого Бэджетта, который снова тщательно обследовал его. И тут обнаружилась любопытная подробность; если перед притиранием переусердствовать в очистке поверхностей, применив для этой цели спирт или керосин, и этим уничтожить все следы жира на поверхности, то прилипание значительно ослабляется. Но, если нанести на мерительные поверхности тончайший слой жира или водяного пара, они снова тесно соединяются. Иногда достаточно провести исполнительной поверхность плитки по руке, чтобы это слой уже был нанесен (известно, что  кожу человека покрывает тонкая пленка, состоящая из жиров). При этом бытует мнение, что всё в точности да наоборот (только чистые поверхности обладают способностью надежно притираться).

Было выяснено, что сила, которую надо приложить, чтобы разъединить плитки, зависела от того, какая жидкость нанесена на притираемые поверхности. Площадь притираемых поверхностей плиток, которыми пользоваться в своих опытах Бэджетт, равнялась 4,5 см2. На эту поверхность он попеременно наносил слои различных жидкостей. Сначала это были слои так называемых «тяжелых масел» (масла, получаемые при переработке нефти). Наощупь они кажутся липкими. В этих случаях для разъединения плиток необходима была сила около 14 кг. При введении парафина понадобилась для разъединения сила в 20 кг, а при введении обыкновенной водопроводной воды даже в 30 кг. Бэджетт доказал, что для притираемых поверхностей «клеем» служит жидкость, и лучшим «клеем» является» простая вода — «клей-невидимка».

Причину этого явления исследовало много ученых. Их труды в этой области основаны на законах физики. Приведем здесь только вывод, к которому пришли эти ученые:

Чем тоньше слой жидкости, тем крепче сцепление. Это доказал опытным путем доктор Рольт — старший метролог английской Национальной физической лаборатории. При этом толщина слоя жидкости, так крепко «склеивающей» притертые поверхности, как показали специальные очень тщательные измерения, выражалась в тысячных долях миллиметра. Ученые доказали, что при таких именно толщинах слоя молекулы определенных жидкостей весьма прочно сцепляются с притертыми поверхностями и оказывают высокое сопротивление попыткам их разъединить. Если поверхности плиток обработаны с необходимой высокой точностью до трех или пяти десятитысячных миллиметра, то плитки выдерживают своего рода притирочную самоповерку:

Контрольная плитка длиной хотя бы в 20 мм «склеивается» по своим мерительным поверхностям с двумя другими плитками (на указанном рисунке 13 и 12,5 мм). Затем в получившуюся скобу укладывается с помощью притирки ряд плиток, длина которых в сумме также равна 20 мм. Этот опыт проходит успешно только при пользовании высококачественными не изношенными плитками. Еще показательнее поверка, показанная на следующем рисунке. Скобой, составленной из плиток, поверяется размер мерительной пробки. Легко понять, что сумма даже микроскопических погрешностей в поверхностях плиток не позволяла бы осуществить как сборку плиток, так и поверку.

Несмотря на различные опыты, секрет притираемости основывался всего лишь  на предположениях. Более того, одно время считали, что плитки скрепляются между собой силой атмосферного давления. Они, мол, такие плоские и гладкие, что при соприкосновении между ними не остается воздуха и окружающая атмосфера прижимает их друг к другу, как знаменитые "магдебургские полушария". Но когда удалось поставить опытную проверку, оказалось, что сила сцепления плиток намного превосходит то, что может создать атмосферное давление. Учитывая вышеприведенный опыт с двумя 50 килограммовыми гирями атмосфера с её килограммом на один сантиметр тут явно не при чем.

Версия физиков звучит, как всегда, по научному красиво и труднодоказуемо. Исходят из того, что каждый атом представляет собой магнитный диполь. При близком расстоянии атомы прижимаются друг к другу магнитными силами.  В момент притираемости у атомов разных пластинок появляется общие магнетоны, которые, излучаясь из южных полюсов одних атомов поглощаются северными полюсами других атомов, а излучаясь из южных полюсов последних возвращаются в северные полюса исходных. Создается у атомов разных пластинок замкнутый поток магнетонов, который и осуществляет стягивающие силы пластинок.

Основной сложностью  в первые годы распространения плиток Йоханссона это, конечно, была технология их получения. В 1918 году старший служащий Национального бюро стандартов США (United States Bureau of Standards) Уильям Хоук (William E. Hoke) (1865-1944) разработал  процесс механического лаппингования (доводки), достигнув при этом  беспрецедентных отклонений от  плоскостности и параллельности у исполнительных поверхностей пластинок при высокой размерной точности.

Сегодня призматические меры с отверстиями по центру, полученные по этой технологии, носят его имя - пластины Хоука (Hoke blocks).

Благодаря  технологии Хоука, достигнуть отклонения от плоскостности не более 10 нанометров стало не так уже сложно. Труднее оказалось сохранить эту точность с течением времени. Секрет крылся в особом процессе термической обработки плиток (секрет технологии термообработки хранили особо тщательно). Процесс термической обработки плиток состоял  как минимум из 30 этапов, на некоторых из которых плитки проходили охлаждение почти  до -100 ° С.

Объявления факультета

О новом семестре

Внимание!

Весенний семестр 2018 года начнется 5 февраля

Отсчет расписания - числитель, знаменатель числителя.

Новости кафедры ТОМП

50 лет ... 11 мая

11 мая 1967 года приказом № 309

основана кафедра 

"Технология машиностроения, станки и инструменты"

сегодня это - 

"Технология и организация машино- строительного производства"