Приспособление для компенсации деформации пунсона в приборе для испытания материалов на твердость методом давления

 

Класс 42k, 23-)) llATEHT HA,È3OEPETEHÈE

ОПИСННИЕ приспособления для компенсации деформации пунсона в приборе для испытания материалов на твердость методом давления.

К патенту ин-ца Альберта Фердиканда Бор (Albert Ferdinand Shore) в г. Нью-Иорке, СШЛ, заявленному 2 сентября 1930 года (заяв. свид. № 75507).

О выдаче патента опубликовано 30 июня 1934 года.

Действие патента распростраинется íà 15 яет от 30 июня 1934 года. (652) Уже известны в практике способы испытания образцов материалов на твердость путем давления, а также измерительные приборы, которые указывают или регистрируют твердость испытуемого материала автоматически.

Среди подобного рода измерительных приборов имеются такие, у которых предусмотрены два пружинных индикатора; один из индикаторов служит для определения нагрузки на образец при испытании, а другой †предназнач для измерения глубины отпечатка на образце.

Для создания необходимой нагрузки на образец в приборах для испытания на твердость также применяются зубчатореечные передачи; кроме того, имеются сменные пунсоны, снабженные защитными кожухами, служащими одновременно для предупреждения сдвигания образца при испытании; в других измерительных приборах применяются рычажные передачи от пунсона к индикатору глубины отпечатка, которые одновременно могут служить также комненсатором усадки пунсона при его деформации.

Пружинные индикаторы, применяемые в измерительных приборах на твердость, снабжаются двумя указателями, из которых один приводится в движение от механизма индикатора, а другой — переставной оТ руки и служит для устранения необходимости арретировки первого указателя на О.

Согласно изобретению, в такого рода измерительных приборах для испытания материалов на твердость методом давления применяется приспособление для компенсации деформации пунсона, снабженное штифтом из упругого материала, помещенным в полости выдвижной трубчатой части прибора, несущей измеритель глубины и пружинный коленчатый рычаг; заостренные концы последнего, под действием пружины соприкасаются со штифтом из упругого материала, находящимся при испытании образца под давлением нажимного стержня, расположенного в полости штифта.

На чертеже фиг. 1 изображает вид спереди прибора, показывающий внутренний механизм и расположение друд4х частей его в положении, которое Ыи занимают при производстве испытания, фиг. 2 — боково" вид, частично в разрезе: фиг. 3 — нажимную часть прибора в увеличенном масштабе и соединение ее с предлагаемым приспособлением для ко мпенсации деформации пунсона; фиг. 4, 5 и б — боковой вид, вид сзади и вид сверху частей прибора, представленных на фиг. 3; фиг. 7 — продольный разрез нажимной части прибора и скрепление испытуемого образца с его держателем, причем пунктиром и сплошными линиями представлены соединения с измерителем давления и указателем глубины; фиг. 8— продольный разрез нажимной части прибора с предлагаемым приспособлением для компенсации пунсона; фиг. 9 — вид спереди верхней части прибора по фиг. 1 в увеличенном масштабе с отдельными частями, находящимися в рабочем положении, фиг. 10 — разрез соединения измерительных приспособлений давления с плоскою пружиной в увеличенном масштабе; фиг. 11 — то же, что и на фиг. 10, но с катком, имеющим острую кромку; фиг. 12 †разр в увеличенном масштабе по нажимной части прибора с устройством стопорной защелки; фиг. 13 — продольный разрез видоизмененного приспособления для компенсациы деформации пунсона, представленного на фиг. 8; фиг. 14 — боковой вид верхней части нажимной части по фиг. 13;

1 фиг. 15 — вид сверху по фиг, 14; фиг. 16— сечение по линии Л вЂ” А части прибора, представленного на фиг. 13, и фиг. 17 — то же, частичный продольный разрез.

Иа станине 2 прибора смонтирован вал 3, несущий на наружном конце, помещенном в кронштейне 6, шестерню 3, находящуюся в зацеплении при посредстве промежуточной шестерни 7 с шестерней 5, на валике которой насажен маховичок 4 . Кронштейн 9 установлен . на выступе 12 станины 2 и может получить по отношению к шестерне 3 путем говорота требуемое радиальное положение в зависимости от размера испытываемого образца, фиксируемое при помощи винта 8. Ползун 9 прибора расположен в направляющих приливах станины, имеющих в сечении форму ласточкина хвоста, и снабжен зубцами 10, нахофщимися в зацеплении с зубчатым вейцом внутреннего конца вала 3 . Механизм измерителя давления установлен в головке 11, имеющей в нижней своей части выступ, куда входит на ружная полая часть 13, внутри которой помещена с возможностью перемещения другая трубчатая часть. 14 с пунсоном 45, осуществляющая давление. Наружная полая часть 13снабжена запорным выступом 15, входящим в паз ползуна 9 прибора и служащим для предупреждения поворота этой наружной полости части 13, причем требуемое положение ее фиксируется винтом lб; кроме того этот винт 16 служит для установки, а также и для контролирования положения давящей части или пунсона 45 по отношению к закрывающей его разрезной втулке 18, соединенной при помощи нарезки с нижним концом наружной полой частью 13, причем имеющаяся пружина 17 действует на эту часть 13 вниз с целью прижатия и удержания испытуемого образца 45 на основании станины 2, посредством втулки 18. Указатель 19 давления закреплен на верхней части внутренней трубчатой части 14 и заходит с возможностью скольжения в паз 20 головки ll с тем, чтобы не дать вращаться нажимному стержню. Верхняя сферическая головка 21 нажимного стержня 21 при испытании прижимается к пластинчатой пружине 22, служащей в качестве средства для измерения давления, причем эта пружина, в свою очередь, прижата к закаленным каткам 23, 23, удерживаемым в углублениях деталей 24, 24, укрепленных при помощи болтов 25, 25 в головке 11 с промежуточными съемными прокладками 26, 26 ; эти катки 23, 23 удерживаются в углублениях деталей 24, 24 посредством пружин 24", вследствие чего при нажатии пружины 22 катки 23и 23 устанавливаются в требуемом положении для производства соответствующего действия. При необходимости катки могут и меть острую кром ку (ф иг. 11) для более надежного лрижатия к пружине 22. Пластинчатая пружина 22 путем увеличения или уменьшения числа прокладок 26, 2б может укорачиваться или удлиняться и этим увеличивать или уменьшать свою силу. Пластинчатая пружина удерживается на концах винтов 27, свободно входящих в отверстия пружины 22; на этих винтах 27 надеты пружины 27, благодаря чему пластинчатая пружина всегда сохраняет контакт с роликами 23, 23, вследствие чего избегаются толчки.

Вертикальная подвижная полая зубчатая рейка 28 находится в зацеплении с шестеренкой 29, которая при посредстве зубчатой передачи 30, 31 передает движение стрелке 32. Зубчатое колесо 33, находящееся в зацеплении с шестерней 31, получает вращение при посредстве волосяной пружинки и этим воздействует на передачу, так что стрелка 32 приводится в нулевое положение, а зубчатая рейка в контакт с пружиною 22. Шпенек 34, имеющийся в верхнем конце зубчатой рейки 28, снабжен язычком, расположенным в углублении установочного винта 35, не соприкасающегося при работе прибо ра со ш пеньком 34 и служащего лишь для приведения измерителя давления к нулю. Нажимной стержень 21 при работе прибора также не находится в контакте с пружиною 22 (фиг. 9) для того, чтобы обеспечить возможность подводить к нему измеритель 36 глубины, находящийся на выдвижной трубчатой части 14. Последняя вместе с измерителем и т. и. при работе прибора располагается на испытуемом образце 45 лишь под влиянием собственного веса, который является постоянным, вследствие чего избегается излишняя первоначальная деформация материала испытуемого образца, особенно, если испытанию подвергаются мягкие металлы.

Внутренняя трубчатая часть 14 прибора снабжена полостью 38, в которой находится нажимной стержень 21. Цля компенсации деформации пунсона в нижней части полости 38 жестко вставлена часть 47 из закаленной стали, а над нею евободно лежит штифт 55 из упругого материала (фиг. 2, 3 и 8), на который непосредственно воздействует во время испытания конец нажимного стержня 21.

На этот штифт 55 воздействуют также с другой стороны (фиг. 3, 4, 5 и 8) заостренные концы 42 коленчатого рычага 41, который при помощи шпильки 44 закреплен на кронштейне 39, прикрепленном к выдвижной трубчатой части 14 посредством винта 40. Заостренные концы 42 рычага 41 находятся в контакте со штифтом 55 при помощи пружины 43, установленной на одном конце этого рычага, причем для изменения натяжения этой пружины служит винт 43, ввернутый в боковой прилив кронштейна 39.

Рычаг 41 имеет. отверстие 41 для помещения части измерителя Зб глубины, укрепленного посредством винта 49. При воздействии на нажимной стержень 21, давление передается на пунсон 45 (фиг. 8), при этом штифт 55, в виду его незначительного диаметра, сжимается в соответствии с величиной произведен.— ного давления. Заостренные концы 42, находясь в постоянном контакте со штифтом 55, под влиянием пружины 43 и при движении рычага 41 следуют за этими весьма незначительными движениями, вследствие чего наружный край рычага 41; приходящийся у отверстия 41, движется вверх на определенное расстояние, равное сжатию штифта 55. При движении рычага измеритель Зб выходит из - под влияния действия штифта 50, имеющегося на полой части 13, и по отношению к нему шкала микрометра движется от действия трубчатой части 14, на которой рычаг измерителя оказывается при вхождении пунсона в тело испытуемого образца. При таком устройстве в соответствии с той величиною, на которую сокращается штифт 55, микрометр проходит соответствующее расстояние от приводящего его в действие выдвижного штифта 50 для исправления неправильности в отсчитывании (иначе могла бы получиться неправильная отметка пройденной глубины микрометром).

Благодаря такому автоматическому контролированию относительного положения измерителя глубины получается правильное отсчитывание действительного прохождения вглубь пунсона 45 даже при самых твердых образцах для испытания. Измерение глубины при этом получается высокой чувствительности, и результирующее значение получается в зависимости от степени твердости и при том в виде количественного выражения, т. е. в виде особого номера твердости. Поставив рычаг 41 с заостренными концами 42 в замкнутое положение, при помощи винта 78 можно наладить прибор дл работы только для сравнения; это значит, что прибор будет давать не окончательные данные, а могут быть получены лишь только сравнительные значения для твердости материала, причем измеритель 36 глубины будет давать примерное показание пройденной глубины. Когда прибор употребляется для такой цели и в особенности при очень больших давлениях, конструкция трубчатой части 74 может быть изменена, напр., она может быть изготовлена в одном целом куске, рычаг 41 не поворотный, а закреплен при помощи винта 40.

В этом случае прибор годен только для сравнительных испытаний со скользящею сравнительною шкалою для выбалансирования и сравнения.

Установка измерителя 36 на нажимном стержне 21 не обязательна — его можно помещать и на наружной полой части 13. В последнем случае необходим обратно действующий измеритель; другими словами, один измеритель должен работать против часовой стрелки для указания относительного движения трубчатой части и наружной полой части 13, между тем как основно" действует по часовой стрелке. Что касается микрометра, то предпочтительно делать его таким образом, чтобы ползун 41", идущий ог микрометра, во время работы был соединен при помощи шестеренки, как всегда, с указательною стрелкой.

Важною особенностью этого устройства является установка стрелки для одной или двух сторон. Установка стрелки в одну сторону применяется при приведении измерителя к нулю, между тем как при двойной стрелке одна из них смещается на определенное число делений, чтобы использовать ряд последовательных изменений, при которых нужно было бы микрометр приводить к нулю после каждого испытания. Для облегчения сборки и работы на приборе наружная полая часть 13 сделана разрезной для возможности прохождения рычага 41; этот разрез в полой части 13 оканчивается расширением 47" полости 38 для нажимного стержня 27, и в соответствии с этим кронштейн 39, несущий рычаг 41, устроен в выемке 47 в трубчато" части 14. Измеритель устанавлйвается в выступе 48 посредством винта 49. Выдвижной штифт 50 измерителя монтирует ся съемным с пружиной 53 во втулке 51, прикрепленной к полой части 13. Винт 52, имеющийся во втулке 57, имеет конический хвостовик для сцепления с наклонной поверхности штифта 50, как показано в части 52; при помощи этого устройства осуществляется приведение микрометра к нулю. Гайка 54 предназначена для удержания закрепительного болта 52 в требуемом положении. Винт 56 служит для удержания пунсона 45, помещенного в нижней части трубчатой части 14. Разрезное кольцо 58 заходит в канавку, имеющуюся в головке 1 прибора для удержания стекла, покрывающего корпус головки 71. Втулка 18 несет патрон 60, укрепленный при помощи гайки б! в нижней расширенной наружной полой части 13. Испытуемый образец в держателе или на подкладке 75 закрепляется болтом 76 в выемке 77 станины 2.

На фиг. 13 — 17 представлено видоизменение конструкции приспособления для компенсации деформации пунсона.

Нажимной орган имеет наверху съемную разрезную крестовину 80 (фиг. 14, 15), снабженную замком 81, а также полостью 85 для укрепления винта при помощи нажимного органа. Вместо того, чтобы пользоваться коленчатым рычагом 41 и соединительным штифтом 55 для исправления и устранения ошибок от сжатия пунсона 45, можно применить упругую диафрагму 84, которая захватывает и зажимает круглое острие 85 у конца полости в наружном нажимном органе (фиг. 13, 16 и 17). Трубчатая часть 86 упирается в диафрагму 84, снабженную заостренной кромкой 87.

Втулка 88, расположенная в выемке 91 части 86 и закрепленная винтами 89, служит для установки измерителя Зб" глубины, помещаемого на выступ 90 втулки. Для упора в пружину 22" спужит стержень 92 с сферической головкою для контакта с центром упругой диафрамы 84. Часть 86 имеет поперечнозагзагообразную упругую часть 94 и канавку 95 в ней для прохода винта 96, служащего для удержания трубчатой части от вращения. Гайка 97 навинчи вается на конец части 86 для того, чтооы сделать возможной подгонку давления, передаваемого на упругую диафрагму 84.

Это давление не только удерживает диафрагму 84 по отношению к острой кромке 85, но также и к острой кромке части 86 — для получения соответсгвующего действия во время передачи давления на стержень 92, причем центральная часть диафрагмы 84 отжимается а ее периферия пружинит, в результате чего диафрагма превращается в рычаг, выполняющий те же функции, что и рычаг 41 в основной конструкции прибора, и кроме того имеет двойное действие; когда же части диафрагмы над острыми кромками 85 движутся вниз, периферия ее движется вверх, и понятно, эти перемещения очень малы. В то же время эти перемещения достаточны для того, чтобы окончательно приподнять часть 86, и осуществить соответствующее сжатие микрометром пунсона 45 при производстве давления на испытуемый образец 45". При использовании в другом положении трубчатая часть 14

-(фиг. 13), предназначенная для давления при испытаниях на твердость, вызывает неизбежное сокращение пунсона в соответствии с его модулем упругости на единицу площади. Другими словами, его модулярное строение испытывает изменяющее напряжение, между тем как наверху сжатие получается механическое и при этом вызывающее работу микрометра в противоположном направлении с участием описанных рычажных устройств.

Во время испытания действием на маховичок 4 при посредстве зубчатых передач осуществляется перемещение ползуна 9; при этом давление производится на измеритель давления 71 и связанные с ним части и передается в качестве нажимного усилия к образцу 45. Это же давление передается опорною пружиною 22 к устройству для измерения глубины, установленному подвижно на выступе 72 измерителя дав.ления. В виду того, что нажимная часть прибора движется по направлению к испытуемому образцу 45", втулка 18 вначале с определенным предварительным нажатием упирается в образец и служит при этом для удержания образца на подкладке 75 под действием пружины 17, а продолжающееся движение . головки 11 поворачивает указатель Зб измерителя глубины 36 относительно шкалы, пока пунсон 45 не произведет легкого первоначального прижатия, так называемой нулевой установки для испытуемого образца, после чего нажимная часть находится в готовности для отвода измерителя Зо глубины к нулю (если это нужно) винтом 52. Еще до того, как пунсон 45 будет прижат к испытуемому образцу, подлежащий испытанию образец может быть обследован, а его положение выправлено через отверстие 18 во втулке 18. Далее, установив указатель 36, направляют измеритель давления 11 пэ направлению к испытуемому образцу, пока сферическая головка 21 режимного стержня 21 не окажется в контакте с опорною пружиною 22. Как только этот контакт произошел (фиг. 1, 2 и 13), начинают двигаться указатель 32 индикатора давления и стрелки 36 и Зб" указателя измерителя глубины (фиг. 1 и 9), причем стрелки 36, 36" дают значение для глубины проникновения, а стрелка 32 — величину давления, необходимого для осуществления такого проникновения. Для стандартных измерений на твердость бывает желательно осуществить заранее определенную глубину проникновения. При этом для всех испытуемых образцов показание глубины бывает желательно сохранить равным этой заранее намеченной величине; другими словами, имеется постоянная величина и только на долю показателя давления приходится переменная величина, т. е. значение твердости.

Работа прибора не ограничивается вышеописанными манипуляциями, так как она может быть использована в обратном смысле, т. е, если желательно сохранить в отдельных случаях давление постоянным, то переменным являются показания измерителя глубины. Такой способ в особенности интересен для определения точки текучести мягких металлов. В каждом случае показания твердости получаются по нагрузке или по давлению, полученному испытуемым образом.

При производстве испытаний образцов твердых металлов, когда желательно регистрировать постоянные значения для глубины посредством микрометра Зб, такая постоянная глубина обычно будет практически неосуществимой из-за неизбежного сокращения от сжатия наконечника проникающего органа, как это выше и было указано, даже если этот наконечник будет закаленным стальным шариком или сверх твердым минералом вроде алмаза; это значит, что,для микрометра не будет разницы между фактическим проникновением и одновременным сжатием пунсона. Для избежания такой ошибки и делается вышеописанное реверсивное рычажное приспособление, компенсирующее деформации пунсона. .Необходимо заметить, что в то время, как нажимной стержень 21, снабжен микрометром 36, не жестко соединенным с ним, получается ° механическая связь, позволяющая наблюдать весьма малые продольные перемещения в направлении, противоположном применяемому давлению, и независимо от проникновения в испытуемый образец. Это можно получить путем перекидывания . рычага 41 (фиг. 1 — 9) или при посредстве диафрагмы 84, действующей наподобие рычага (фиг. 13 — 17), причем в последнем случае реверсивное движение микрометра является параллельным к устройству.

Во всяком случае как бы реверсивное движение ни было сообщено микрометру, в зависимости от примененного давления для испытуемого образца сжатие давящей точки всегда уравновешивается, а это s свою очередь нейтрализует ошибку, которая иначе могла бы произойти. Иными словами, при каждой величине сжатия пунсона микрометр отходит на одинаковую величину, а стало быть, микрометр показывает только правильную и фактическую глубину проникновения пунсона 45 в иСпытуемый образец даже при наличии наибольшей возможной твердости. Благодаря такому устройству пройденные глубины, обозначенные показаниями на измерителе, могут быть нанесены на полосу по отношению к ряду данных давления, необходимых для соответствующих глубин, вследствие чего могут быть получены индикаторные, качественные и количественные кривые для давления с полной точностью. Наиболее важные части прибора могут оставаться в определенном положении, а производство давления при помощи соответствующих приспособлений может осуществляться по отношению к этим основным частям, для чего подкладка для испытуемого образца и делается подвижной. Предпочтительным способом работы является такой, при котором подкладка для испытуемого об1 разца является неподвижной, а рабочий механизм прибора имеет относительное по отношению к ней движение. При этом наиболее важный механизм является комплектным и независимо работающим с целью использования с одинаковым удобством при освобождении его от постамента и при установке его, напр., в зажимном патроне для сверл и т. д.

Нажимной орган вместе с системою для измерения глубины и с соединительным плечом, несущим привод для микрометра, представляет комплектное устройство, измеряющее глубину при независимой работе от механизма производящего давления; при его употреблении испытуемый образец может быть расположен относительно шкалы давления для установления давления, необходимого, чтобы произвести определенную глубину проникновения в данный испытуемый образец, Нажимной орган 14 может быть цель-ным без компенсационных устройств для микрометра, или же микрометр может быть связан с ним путем установки независимо от привода 50 при помощи винта 78 (фиг. 1, 3 до б) для испытания: мягких металлов или для производства сравнительных регистрируемых испытаний, Все-таки для регистрирующих испытаний, что важно при измерении твердости материалов, компенсационное устойство является необходимым.

При рядовых испытаниях желательно избежать установки на нуль измерителя глубины после каждой операции, так как это требует слишком много времени и терпения у наблюдателя. С этой целью указатель Зб" с двумя стрелками (фиг. 1, 9) устанавливается для того, чтобы можно было работать в любой части шкалы.

При применении такого указателя элементы измерения давления и глубины находятся соответственно в контакте с испытуемым образцом, так что измеритель глубины может оказаться в соответствующем относительно покое. Во время такого интервала при фактическом контакте со шкалою давления путем простого вращения маховичка 4 можно иметь достаточно времени для наблюдения и отметки положения передней части указателя. Когда начинается проникновение и указатель с двумя стрелками движется вперед, отмечая такое проникновение, прибор работает до тех пор, пока задняя стрелка не окажется в точно том же положении, в каком находилась раньше передняя стрелка. Это позволяет пропустить заранее определенное число .делений на глубину, не отводя измеритель глубины к нулю, а этим в значительной мере ускоряется работа прибора.

Предмет па тента.

1. Приспособление для компенсации деформации пунсона в приборе для испытания материалов на твердость методом давления, отличающееся применением штифта 55 из упругого материала, помещенного в полости 38 выдвижной т б-, ру чатой части 14, несущей измеритель 36 глубины и пружинный коленчатый ры-, чаг 41 с заостренными концами 42, со- прикасающимися при воздействии пружины с упомянутым штифтом 55, нахо- дяшимся при испытании образца под давлением помещенного в той же полости нажимного стержня 21 (фиг. 8).

2. При приспособлении по п. 1 применение регулятора для установки штифта измерителя 36 глубины, состоящего из устанавливаемого винтом 52 (фиг. 1 и 7) выдвижного штифта 50, помещенного снаружи полой части 13 прибора, служащей держателем испытуемого образца, и внутри каковой части подвижно помещена упомянутая в и. 1 часть 14.

3. Видоизменение приспособления для компенсации деформации пунсона по и. 1, отличающееся тем, что вместо штифта из упругого материала применена упругая диафрагма 84 (фиг. 13); свободно помещенная на опорах, жестко связанных с пунсоном и служащей — при воздействии на центральную часть ее давления привода прибора — для перемешения связанного с периферией ее механизма индикатора в направлении, обратном усадке пунсона при его деформации.

K патенту ин-ца Альберта Фердинанда Шор № 37627

Эксперт И. И. Хажиев

Редактор AL И Корчаыь.Ленпромпечатьсзюз. "nn. „Печ. Труд . ак (j39 ggg