CZ33512U1 - Zařízení k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Zařízení k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti, určené k provádění této zkoušky zejména na reálné provozovaných energetických zařízeních a umožňující následné stanovení dalších mechanických vlastností zkoušeného materiálu, jako je mez kluzu (Re), pevnost v tahu (Rm) a Youngův modul pružnosti (E).

Dosavadní stav techniky

Na rozdíl od tradičních zkoušek tvrdosti, prováděných jednorázovým vtlačením tělesa do povrchu zkoušeného materiálu, princip instrumentovaných zkoušek tvrdosti spočívá ve vtlačování tělíska tzv. indentoru ve tvaru koule (Brinell) nebo jehlanu (Vickers) při současném měření závislosti aplikované síly na posunu vnikajícího tělíska do zkoušeného materiálu. Monitorováním úplného cyklu nárůstu a odlehčení zkušebního zatížení se pak mohou stanovit nejen stejné hodnoty tvrdosti jako u konvenčních metod, ale mohou být dále stanoveny i další vlastnosti materiálů jako vtiskový modul a pružně-plastická tvrdost, přičemž celý proces zkoušení je řízen ovládacím softwarem, nainstalovaným na počítači, záznam pak uložen do souboru a následně vyhodnocen. Všechny tyto hodnoty přitom mohou být vypočteny bez optického proměřování vtisku.

Tyto zkoušky jsou prováděny dle ČSN EN ISO 14577-1 „Kovové materiály - Instrumentované zkouška stanovení tvrdosti a materiálových parametrů“ a jsou popsány např. v diplomové práci o názvu „Zkoušení materiálu instrumentovanou vnikací zkouškou“ autorky Bc. Veroniky Čermákové, ČVUT 2017, nebo v diplomové práci o názvu „Nástroje pro řízení a vyhodnocování mikroindentačních zkoušek“ autorky Nely Fenclové, ČVUT 2015.

V dnešní době je však zatím možné provádět měření instrumentované tvrdosti pouze na stacionárních zařízeních v laboratořích, což sebou nese nezbytnou podmínku, spočívající v odebrání materiálu z posuzovaného místa, která bývá obvykle spojena s odstavením strojního celku z provozu, dezintegrací strojní součásti a provedení následné opravy odebraného místa.

Podstata technického řešení

Tyto nevýhody dosavadního stavu techniky jsou do značné míry odstraněny zařízením k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti, založené na principu počítačově řízeného vtlačování indentoru do povrchu měřeného materiálu a softwarového vyhodnocování naměřených hodnot, podle nyní předkládaného technického řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že zařízení sestává z přenosného rámu, opatřeného nejméně jedním upínacím členem, určeným k jeho připevnění na měřenou součást, a vedle něho uspořádaným elektromotorem s převodovou skříní, jejíž výstupní hřídel je převodem propojen s kuličkovým šroubem, otočně uloženým uvnitř přenosného rámu společně s na něm umístěnou kuličkovou maticí, určenou pro převod rotačního pohybu kuličkového šroubu na výsuvný pohyb tlačného tmu s indentorem z přenosného rámu směrem k povrchu měřené součásti. Mezi kuličkovou maticí a tlačným trnem je přitom uspořádán tenzometrický snímač síly vtisku a na tlačném tmu v k němu připevněném držáku měřič hloubky vtisku indentoru do měřené součásti.

Díky přenosnému rámu, který lze pomocí upínacích členů společně s elektromotorem připevnit na v podstatě jakoukoli součást, je přenosné celé zařízení podle technického řešení. Toto zařízení pak umožňuje po jeho propojení s počítačem, vybaveným ovládacím softwarem, provádět instmmentované zkoušky tvrdosti těchto součástí za normální teploty přímo v provozních

- 1 CZ 33512 U1 podmínkách. Zásadní výhodou tohoto zařízení je, že umožňuje v podstatě nedestruktivní stanovení mechanických vlastností strojních součástí. Přínosem je proto i jeho ekonomická výhodnost, spočívající ve skutečnosti, že není nutno posuzované strojní zařízení odstavit z provozu, dezintegrovat měřenou součást a následně místo odběru opravovat. Zařízení pro provádění instrumentované zkoušky tvrdosti je zároveň vhodné k provádění zkoušek kovových i nekovových materiálů, a to i na různých tvarech měřených povrchů, a je způsobilé pro použití v systémech jakosti dle ISO 9001:2009.

Podstata technického řešení spočívá dále v tom, že pro použití u kovových součástí jsou upínací členy přenosného rámu s výhodou tvořeny elektromagnety, umožňující jeho rychlé a pevné připojení k jejich povrchu. U součástí z nemagnetických materiálů je pak nutno použít jako upínací členy mechanické upínací prostředky.

Objasnění výkresů

Technické řešení je dále blíže objasněno pomocí výkresů příkladného provedení zařízení pro provádění instrumentované zkoušky tvrdosti podle technického řešení, kde na obr. 1 je znázorněno jeho schéma a na obr. 2 je naznačeno jeho propojení s řídícím a vyhodnocovacím počítačem.

Příklad uskutečnění technického řešení

Zařízení k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti ve znázorněném příkladném provedení sestává dle obr. 1 z přenosného rámu 1, který je zdola opatřen dvěma upínacími členy 12, tvořenými elektromagnety, upevněnými ke spodní nosné desce 11 přenosného rámu 1 a určenými kjeho připevnění na zde nezobrazenou měřenou součást, a vedle něho uspořádaným elektromotorem 5 s převodovou skříní 6. Výstupní hřídel převodové skříně 6 je převodem 7, tvořeným ozubeným řemenem, propojen s vnějším koncem kuličkového šroubu 3, otočně uloženého pomocí axiálního ložiska 2 v horní desce přenosného rámu 1. v jeho vnitřním prostoru. Na druhém konci kuličkového šroubu 3 uvnitř přenosného rámu 1 je uspořádána kuličková matice 4 pro převod rotačního pohybu kuličkového šroubu 3 na výsuvný pohyb pod ní uspořádaného tlačného tmu 13 s indentorem 8 z přenosného rámu 3 směrem k povrchu měřené součásti. Mezi kuličkovou maticí 4 a tlačným trnem 13 je přitom uspořádán tenzometrický snímač 14 síly vtisku a na tlačném tmu 13 v k němu připevněném držáku 10 měřič 9 hloubky vtisku indentom 8, dosedající na vnitřní spodní stranu přenosného rámu 1Výstupy tenzometrického snímače 14 síly vtisku a měřiče 9 hloubky vtisku indentoru 8 jsou uzpůsobeny pro propojení s řídícím a vyhodnocovacím počítačem celého průběhu zkoušky, který je znázorněn na obr. 2 a označen pod písmenem A. Pod písmenem B je na obr. 2 dále naznačeno zařízení z obr. 1, umístěné v podstatě celé v krycím boxu, opatřeném zobou stran již blíže neoznačenými manipulačními madly a vnějším spínačem pro elektromagnetické upnutí zařízení k měřené součásti, označené zde pod písmenem C.

Vlastní provádění zkoušky se skládá z procesu přípravy měřeného místa a z procesu indentace. Kvalita přípravy měřeného místa je velmi významná a může výrazným způsobem ovlivnit výsledky testu. Princip přípravy spočívá ve vybroušení plošky o průměru cca 30 mm na měřené strojní součásti, přičemž se kontroluje rovinnost plošky a drsnost jejího povrchu. Následuje ustavení vlastního zařízení, při kterém je hrot indentoru 8 nutné ustavit tak, že je cca 3 mm nad testovaným povrchem. Jakmile je zařízení správné ustaveno, obsluha zařízení aktivuje elektromagnetické upnutí, při němž dojde k upnutí zařízení k měřené součásti. U součástí s členitým povrchem nebo např. u trubek se zařízení magneticky upíná k přípravku, který je pevně spojen s měřenou součástí a jehož součástí může být i křížový stůl, umožňující jeho posuv v osách x a y. Další průběh instrumentované zkoušky tvrdosti pak již odpovídá zkouškám,

-2CZ 33512 U1 prováděným dosud na stacionárních zařízeních v laboratorních podmínkách.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (2)

1. Zařízení k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti, založené na principu počítačově řízeného vtlačování indentoru (8) do povrchu měřeného materiálu a softwarového vyhodnocení naměřených hodnot, vyznačující se tím, že sestává z přenosného rámu (1), opatřeného nejméně jedním upínacím členem (12), určeným k jeho připevnění naměřenou součást, a vedle uspořádaným elektromotorem (5) s převodovou skříní (6), jejíž výstupní hřídel je převodem (7) propojen s kuličkovým šroubem (3), otočné uloženým uvnitř přenosného rámu (1) společně s na něm umístěnou kuličkovou maticí (4), určenou pro převod rotačního pohybu kuličkového šroubu (3) na výsuvný pohyb pod ní uspořádaného tlačného tmu (13) s indentorem (8) z přenosného rámu (1) směrem k povrchu měřené součásti, přičemž mezi kuličkovou maticí (4) a tlačným trnem (13) je umístěn tenzometrický snímač (14) síly vtisku a v držáku (10), připevněném k tlačném tmu (13), měřič hloubky (9) vtisku indentom (8) do měřené součásti.

2. Zařízení k provádění instrumentované zkoušky tvrdosti podle nároku 1, vyznačující se tím, upínací členy (12) přenosného rámu (1) jsou tvořeny elektromagnety.