Динамический измеритель твердости

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам. Измеритель твердости содержит корпус, в верхней части которого установлены стопор и крышка, пружину, к нижнему концу которой прикреплен боек с установленными на нем индентором, рычагом и датчиком ускорения, электрически соединенным через пиковый детектор с индикатором. В измеритель твердости дополнительно введены втулка, способная перемещаться в верхней части корпуса и фиксируемая в нем винтом, ось, установленная на втулке с укрепленными на ней грузом и кулачком, соприкасающимся со стаканом, надетым на верхний конец пружины. Технический результат: устранение погрешностей, возникающих при различной ориентации корпуса устройства в пространстве, а также погрешностей, обусловленных изменением параметров пружины при большом количестве циклов ее нагружения. 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам, предназначенным для экспресс-измерений твердости металлов. Преимущественная область использования - машиностроение, металлургия.

Известен динамический измеритель твердости по авторскому свидетельству SU № 280022 «Способ определения твердости материала», МПК G01N 3/48, опубл. БИ №27, 1970 г. (см. также Дрозд М.С., Славский Ю.И. - «Пружинный ударный твердомер с двухсторонним коническим индентором», Заводская лаборатория №4, 1969 г., с.511), содержащий корпус, шток, индикатор, пружину, боек, крышку, образец и стопор. Перемещая боек относительно корпуса, взводят пружину, которая затем с помощью стопора освобождается и разгоняет боек, ударяющий по штоку, движение которого передается образцу и индентору. Индентор одновременно внедряется одной стороной в исследуемый материал и другой в образец с известной твердостью. После этого оптическим способом определяют диаметры отпечатков в материале и образце и рассчитывают твердость материала.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются малая точность, большое время одного измерения, необходимость предварительного изготовления образцов с известной твердостью, а также зависимость результатов измерений от ориентации корпуса устройства в пространстве, так как от этого зависит сила разгона бойка и конечная скорость его удара по штоку.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом, - корпус, индентор, пружина, боек, крышка и стопор.

Известен также «Переносный прибор для определения твердости металлических изделий» по авторскому свидетельству SU № 111596, кл. 42 К 23/01 (реф. журн. «Приборостроение и средства автоматизации», М.: ВИНИТИ, 1961 г., с.41), содержащий корпус, индентор, пружину, стопор, рычаг и боек. С помощью рычага взводится пружина, затем стопор ее освобождает, пружина разгоняет боек с индентором, индентор ударяет в исследуемый материал, после чего определяют оптическим способом параметры отпечатка и рассчитывают твердость исследуемого материала.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются большое время одного измерения, малая точность измерений, так как от ориентации корпуса устройства в пространстве зависит сила разгона бойка и конечная скорость удара внедрения индентора в поверхность исследуемого материала.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом, - корпус, индентор, пружина, стопор, рычаг и боек.

От ряда перечисленных недостатков свободен измеритель твердости, описанной в работе: В.Н. Максимов «Акустические приборы для экспресс-измерений твердости металлов», сб. «Применение акустических методов и устройств в науке, технике и производстве», Тбилиси, ГрузНИИТИ, 1979, с.75-78), содержащий корпус, крышку, стопор, рычаг, пружину, боек, индентор и датчик ускорения, электрически соединенный через пиковый детектор с индикатором. В корпусе между крышкой и бойком расположена пружина, при ее сжатии с помощью рычага, укрепленного на бойке, срабатывает стопор и фиксирует боек. После разблокировки стопора пружина разгоняет боек и индентор, укрепленный на бойке, внедряется в поверхность исследуемого материала. При этом глубина внедрения индентора в материал зависит от твердости материала. Чем меньше твердость, тем больше глубина внедрения индентора, тем меньше ускорение торможения бойка. Для измерения ускорения торможения на бойке установлен датчик ускорения, сигнал с которого, пропорциональный ускорению торможения, поступает через пиковый детектор на индикатор, показывающий максимальную амплитуду сигнала, снимаемого с датчика ускорения. Затем по тарировочным графикам или таблицам определяют твердость материала.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, является малая точность результатов измерений, так как они зависят от ориентации корпуса в пространстве и от изменений характеристик пружины.

При различной ориентации корпуса в пространстве на боек массой m действует сила F, равная

F=Kx+mg·sin θ,

где К - коэффициент упругости пружины,

х - деформация пружины,

g - ускорение, равное 9,81 м/с2,

θ - угол между линией горизонта и направлением движения бойка.

Кроме того, после определенного количества циклов сжатия пружины в ней появляется остаточная деформация и общая длина ненагруженной пружины изменяется на величину Δх2. Поэтому при постоянной величине пути разгона бойка х0 начальная сила разгона бойка за счет сжатия пружины изменится и станет равной

К(х0-Δх2) вместо Кх0 - для пружины с нулевой остаточной деформацией.

В результате этого конечная скорость удара бойка не будет постоянной, что снижает точность измерений.

Признаки, совпадающие с заявленным объектом, - корпус, крышка, стопор, рычаг, пружина, боек, индентор, датчик ускорения, пиковый детектор и индикатор.

Задачей изобретения является повышение точности получаемых результатов.

Технический результат изобретения заключается в устранении погрешностей, возникающих при различной ориентации корпуса устройства в пространстве, а также погрешностей, обусловленных изменением параметров пружины при большом количестве циклов ее нагружений.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее корпус, в верхней части которого установлены стопор, крышка и пружина, к нижнему концу которой прикреплен боек с установленными на нем индентором, рычагом и датчиком ускорения, электрически соединенным через пиковый детектор с индикатором, дополнительно введены втулка, способная перемещаться в верхней части корпуса и фиксируемая в нем с помощью винта, во втулке установлена ось с укрепленными на ней грузом и кулачком, соприкасающимся со стаканом, надетым на верхний конец пружины.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана функциональная схема заявляемого устройства, а на фиг.2 - схемы сил, действующих на боек при его разгоне.

Динамический измеритель твердости содержит корпус 1, в верхней части которого расположены стопор 2, крышка 3 и втулка 4, способная перемещаться в корпусе и фиксируемая в нем винтом 5. Во втулке 4 установлена ось 6 с укрепленными на ней грузом 7 и кулачком 8, соприкасающимся со стаканом 9, надетым на верхний конец пружины 10, к нижнему концу которой прикреплен боек 11 с установленными на нем индентором 12, рычагом 13 и датчиком ускорения 14, электрически соединенным через пиковый детектор 15 с индикатором 16.

При измерении твердости корпус 1 устанавливают на поверхность исследуемого материала 17. Груз 7 в зависимости от ориентации корпуса 1 в пространстве поворачивает ось 6 и кулачок 8, перемещающий в корпусе стакан 9, изменяющий предварительное поджатие пружины. Профиль кулачка 8 выбирают таким, чтобы перемещение стакана было равно

где m - масса бойка, индентора и датчика ускорения,

g - ускорение тяготения 9,81 м/с2,

К - упругость пружины,

θ - угол между линией горизонта и продольной осью корпуса.

Рычагом 13 перемещают боек 11 до его фиксации стопором 2. Нажимают на стопор 2, боек освобождается и разгоняется пружиной 10 до скорости V0. Индентор 12 ударяет по поверхности исследуемого материала 17 и внедряется в него, причем глубина внедрения будет тем больше, чем меньше твердость материала 17. При внедрении бойка на него действует ускорение торможения, максимальная величина которого будет зависеть от твердости материала 17.

Электрический сигнал, пропорциональный ускорению торможения бойка, с датчика ускорения 14 поступает на пиковый детектор 15, где фиксируется его максимальная величина, показываемая затем индикатором 16. Считывают показания индикатора 16, а затем по тарировочным таблицам или графикам определяют твердость материала 17.

В зависимости от ориентации корпуса 1 в пространстве на боек 11 при его движении действует сила разгона F(x), равная

F(x)=KX+mg·sinθ,

где X - текущая координата,

При движении бойка эта сила уравновешивается инерционной силой

где - ускорение разгона бойка.

При θ=0 максимальная сила, действующая на боек, будет равна Fmax=KX0, где Х0 - деформация пружины перед началом разгона бойка, время разгона будет равно

а скорость удара, соответствующая координате

X=0,

(см. Р.Л.Халфман. Динамика. М.: Наука, 1972 г., с.83). Начальное положение бойка при θ=0 перед сжатием пружины будет соответствовать координате х=0, а рычаг 13 будет удален от нижнего среза корпуса 1 на величину xl. При другой ориентации корпуса, при θ≠0 к силе разгона бойка КХ добавится компонента веса бойка mg·sin 0, что вызывает изменение скорости удара Vуд и появление погрешностей при определении твердости материала. Эта компонента вызовет дополнительную деформацию пружины (перед ее сжатием) на величину

Для того чтобы скорость удара оставалась неизменной, верхний конец пружины 10 перемещается стаканом 9 на величину ΔХ1, при этом компонента веса бойка будет скомпенсирована предварительной деформацией пружины. Максимальная сила разгона бойка после деформации пружины на величину Х0 будет равна

т.е. не будет зависеть от ориентации корпуса в пространстве. Таким образом, координата бойка будет равна нулю (Х=0), а рычаг 13 будет совмещен с меткой X1 на корпусе 1.

После определенного числа циклов сжатия у пружины появится остаточная деформация ΔХ2, приводящая к тому, что боек будет иметь начальную координату Х=ΔХ2. При этом упругость пружины К останется без изменений. Эта деформация ΔХ2 будет вызывать дополнительные погрешности измерений.

Для устранения этих погрешностей перед началом сжатия пружины перемещают втулку 4 до тех пор, пока боек не примет положение соответствующее координате Х=0, и после этого осуществляют ее фиксацию винтом 5.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате введения втулки, способной перемещаться в верхней части корпуса и фиксируемой в нем винтом, установленной на втулке оси с укрепленными на ней грузом и кулачком, соприкасающимся со стаканом, надетым на верхний конец пружины, устранены погрешности измерений, вызванные различной ориентацией корпуса в пространстве, а также остаточной деформацией пружины.

Техническая реализация предложенного устройства не вызывает сложностей. В качестве датчика ускорения может служить, например, пьезоэлектрический вибродатчик, состоящий из пьезопластин и инерционной массы (см. Проектирование датчиков для измерения механических величин. - М.: Машиностроение, 1979 г. с.190).

Динамический измеритель твердости, содержащий корпус, в верхней части которого установлены стопор и крышка, пружина, к нижнему концу которой прикреплен боек с установленными на нем индентором, рычагом и датчиком ускорения, электрически соединенным через пиковый детектор с индикатором, отличающийся тем, что в него дополнительно введены втулка, способная перемещаться в верхней части корпуса и фиксируемая в нем винтом, ось, установленная на втулке с укрепленными на ней грузом и кулачком, соприкасающимся со стаканом, надетым на верхний конец пружины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контролю прочности и изучению механических свойств материалов и может быть использовано для оценки качества лезвийного инструмента. .

Изобретение относится к методам испытания материалов, в частности к способам определения их твердости. .

Изобретение относится к металлообработке. .

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при оценке качества заточенного лезвийного инструмента. .

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при оценке качества заточенного лезвийного инструмента. .

Изобретение относится к средствам определения физико-механических свойств эластомеров, в том числе и резин, в условиях динамического (ударного) нагружения. .

Изобретение относится к области определения характеристик материалов при ударном нагружении, в частности к способам определения динамической твердости материалов при ударном контактном нагружении.

Изобретение относится к методикам измерения твердости материалов. .

Изобретение относится к устройствам для исследования и определения механических свойств материалов путем приложения к ним механических усилий, а именно к микротвердомерам, регистрирующих диаграммы вдавливания индентора в материал в координатах “сила - глубина отпечатка”.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в педиатрии и детской кардиоревматологии

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при возведении бетонных фундаментов, каналов и других сооружений, возводимых для целей охраны государственной границы, а также в строительной, горной и гидротехнической промышленности при выполнении контроля прочности массивов, возводимых из твердеющих материалов, а также массивов горных пород
Изобретение относится к экологии, в частности к области защиты окружающей среды

Изобретение относится к способам определения модуля упругости материала и может быть использовано при решении целого ряда практических и теоретических задач, для выполнения которых необходима информация об упругих свойствах материалов и сред, а также об изменении данных свойств вследствие влияния различных факторов. Сущность: свободно падающим индентором шарообразной формы с известными свойствами наносится удар по образцу исследуемого материала и фиксируют параметры ударного взаимодействия системы: время удара и время между первым и вторым соударениями индентора с образцом исследуемого материала (высота отскока), максимальная величина силы ударного взаимодействия индентора и время, соответствующее максимальной величине силы ударного взаимодействия. Далее выполняется расчет с помощью разработанной механореологической упруго-вязко-пластичной модели, в результате расчета подбирается такое значение модуля упругости материала исследуемого образца, при котором динамика процесса ударного взаимодействия на расчетной модели соответствует экспериментальным данным. Технический результат: повышение достоверности и расширение области применения способа. 3 ил.

Способ может быть использован в сканирующей зондовой микроскопии для определения электрического напряжения, модуля упругости, твердости, вязкости, пластичности пьезоэлектрических материалов, компонентов микро- и наноэлектромеханических систем, а также биомикроэлектромеханических устройств. Наноиндентирование материала выполняют жестким индентором с постоянной скоростью. Регистрируют одновременно изменение электрического напряжения и контактной силы при вдавливании индентора в материал, например пьезоэлектрик. Измерения выполняют по крайней мере для двух температур материала. Технический результат - расширение функциональных возможностей определения свойств материала наноиндентированием, возможность определения значения нагрузки, которое приводит к фазовому переходу. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области определения характеристик материалов при ударном нагружении, в частности к способам определения динамического предела текучести грунта при проникании в образец из исследуемого материала ударника при заданной ему средствами разгона скорости. Сущность: осуществляют проведение эксперимента с внедрением ударника в исследуемый материал с последующим численным моделированием этого процесса и варьированием при расчетах параметров функции, связывающей предел текучести грунта с давлением, вплоть до уменьшения различия между результатами численного моделирования и эксперимента до величины экспериментальной погрешности, по соотношениям с подобранными параметрами определяют прочностные характеристики грунта в диапазоне динамических нагрузок, реализованных в эксперименте. Метание ударника осуществляют с помощью баллистической установки со скоростью, при которой в процессе внедрения происходит интенсивная пластическая деформация ударника с уменьшением его длины. Длину ударника выбирают превышающей его диаметр не менее, чем в 4 раза. Процесс внедрения регистрируют с помощью рентгено- или протонографии и определяют в исследуемом образце профиль образующейся каверны и длину недеформируемой части ударника на момент времени регистрации. Технический результат: повышение информативности путем обеспечения определения предела текучести материалов при скорости внедрения ударника в исследуемый материал выше 2 км/с, а также неизменности физико-механических свойств исследуемого материала перед ударом. 3 ил.

Изобретение относится к области инженерных изысканий. В способе определения границ пластичности грунтов, заключающемся в определении удельного сопротивления одного образца грунта, имеющего известные значения показателей wm и kw линейной зависимости влажности грунта на границе текучести от числа пластичности WL=wm+kw⋅Iр, при степени влажности 0,97-0,98, погружению конусного индентора с углом 30° при вершине и определении по формулам влажности грунта на границе текучести и на границе раскатывания, образец грунта помещают в цилиндрическую камеру диаметром не менее 60 мм и высотой не менее 45 мм и размещают соосно вершине конуса индентора, а погружение конусного индентора производят с постоянной скоростью, равной 120 мм/мин, на глубину до 35 мм и с регистрацией величины сопротивления грунта через каждые 0,01 мм погружения конусного индентора с дискретностью не более 2,0 Н, при этом в полученном массиве значений сопротивления образца грунта погружению конусного индентора выделяют диапазон инвариантных значений сопротивления грунта погружению конусного индентора из заданного соотношения, а определение влажности грунта на границе текучести и на границе раскатывания производят на основании заданных расчетных зависимостей. Достигается упрощение и ускорение определения границ пластичности грунтов, исключение влияния на результаты определений субъективных факторов, возможность оценки погрешности определения удельного сопротивления грунта пенетрации при испытании одного образца грунта. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам

Наверх