IT202000005725U1 - Dispositivo portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilità plastica permanente di un metallo - Google Patents

Description

"Dispositivo portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo"

DESCRIZIONE

Campo dell?invenzione

Il presente trovato si riferisce ad una apparecchiatura portatile per effettuare la misura della resistenza alla deformazione plastica permanente di un metallo definita, nella tecnica del settore, come durezza e misurata convenzionalmente in gradi Brinell, in accordo con il preambolo della rivendicazione 1.

Stato della tecnica

Dispositivi portatili per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo, altrimenti nota come durezza, sono noti nello specifico settore con il nome di ?durometri?.

Tali dispositivi, convenzionalmente, comprendono una testa di prova, un basamento con organi di supporto della testa provvisti di mezzi di regolazione di posizione, per avvicinare ed allontanare detta testa relativamente alla superficie del corpo metallico di cui si vuole misurare la durezza, un penetratore, montato sulla testa di prova, provvisto di mezzi di regolazione in modo da risultare perpendicolare alla superficie di cui si vuole misurare la durezza, un cilindro idraulico, con pistone collegato al penetratore per spingere l?estremit? di questo contro la detta superficie, mezzi circuitali idraulici collegati al cilindro ad una sorgente di pressione idraulica e comprendenti almeno una valvola elettromagnetica di controllo ritorno (28b) tarata per erogare il carico massimo sul detto penetratore, nonch? un elemento di riscontro, montato su detto basamento per accogliere il corpo metallico di cui si vuole misurare la durezza, con posizionamento tale da contrastare la spinta esercitata dalla punta del penetratore contro la superficie da testare.

La spinta idraulica esercitata sul penetratore fa s? che l?estremit? di questo, convenzionalmente costituita da una sfera di materiale molto pi? duro del materiale sottoposto a prova, ad esempio di acciaio temprato, carburo di tungsteno o diamante, penetri nella superficie del materiale in prova realizzando su di essa un?impronta.

In accordo con la tecnica nota, le prove di durezza standardizzate prevedono che il penetratore, dotato di un determinato diametro, venga spinto contro la superficie da testare con una forza di valore predeterminato e mantenuto premuto, con tale forza, per un tempo di valore anch?esso predeterminato.

Ad esempio, nel caso in cui il metallo sia acciaio la forza di test ? convenzionalmente di 3000 KgF ed il tempo ? variabile tra dieci e quindici secondi.

La durezza del materiale viene quindi determinata attraverso la misura delle caratteristiche formali dell?impronta dopo che il penetratore ? stato rimosso dalla superficie.

Particolarmente viene misurato il diametro dell?impronta e, in base a tabelle, il valore del diametro dell?impronta viene convertito in valori o gradi di durezza, ad esempio gradi Brinell i quali, come definiti dallo Standard Internazionale ISO 6506 ? ASTM E-10, sono proporzionali al quoziente che si ottiene dividendo la forza di spinta, misurata in KgF (Kilogrammi forza), agente sul penetratore, per l?area della superficie curva dell?impronta che si assume riproduca la forma della sfera posta sull?estremit? del penetratore.

La prova di durezza, pur senza danneggiare il materiale, tuttavia lascia comunque un?impronta visibile.

Per questo motivo, le prove di durezza su materiali di prodotti gi? realizzati, vengono comunemente effettuate in posizioni in cui l?impronta non possa nuocere alla funzionalit? del prodotto e, di conseguenza, apparecchiature di prova trasportabili trovano una maggiore diffusione rispetto alle apparecchiature da laboratorio.

Un esempio di dispositivi portatili o trasportabili ? illustrato nel documento US8590367B2.

In accordo con la tecnica nota, come sopra documentata, la sorgente di pressione idraulica per fornire la spinta sul penetratore, necessaria ad effettuare la prova, comprende una pompa ad azionamento manuale tramite una leva ed una valvola a molla che determina la misura del carico massimo di prova.

Svantaggio della tecnica nota

In pratica si ? constatato che, con l?uso di una pompa manuale, data la esigua quantit? di olio presente nel circuito idraulico a questa associato e le relative perdite di carico, risulta praticamente impossibile, in un durometro portatile, mantenere il valore massimo di carico costantemente attivo sul penetratore per il tempo minimo prestabilito di almeno dieci/quindici secondi, dal momento che la spinta generata dalla pompa manuale ? di tipo pulsante.

Per ovviare a tale inconveniente, con i durometri portatili, muniti di pompa manuale, viene adottato l?espediente di ritenere che tre applicazioni del carico massimo, effettuate l?una di seguito all?altra, risultino equivalenti a quindici secondi di mantenimento del carico massimo quando invece l?arco di tempo in cui il carico sul penetratore viene mantenuto con valore prossimo al massimo, non supera i cinque secondi.

Inoltre, con l?invecchiamento dell?apparecchiatura ed il deterioramento delle guarnizioni di tenuta l?espediente sopra menzionato diventa sempre pi? impreciso.

Poich? si tratta di una approssimazione generante risultati molto distanti da quelli effettivi, che potrebbero essere verificati con apparecchiature di prova da laboratorio, lo scopo del presente trovato ? quello di ovviare al suddetto inconveniente e presentare una apparecchiatura portatile per la misurazione della durezza di un corpo metallico che possa dare risultati attendibili, del tutto paragonabili a quelli che potrebbero derivare da apparecchiature di laboratorio e che, inoltre, possano mantenersi tali anche a seguito dell? invecchiamento dell?apparecchiatura.

In aggiunta, altri dispositivi noti che raggiungono il medesimo vantaggio sono risultati essere troppo ingombranti

Scopo del presente trovato

In questo contesto, il compito tecnico alla base del presente trovato ? proporre un dispositivo portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.

ELENCO DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un dispositivo portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la Figura 1a e 1b sono una vista prospettica di un dispositivo portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo secondo il presente trovato;

- la Figura 2a ? una vista in sezione di un particolare di una prima forma realizzativa del dispositivo di Figura 1a e 1b;

- la Figura 2b ? una vista in sezione di un particolare di una seconda forma realizzativa del dispositivo di Figura 1a e 1b;

- la Figura 3 ? una vista prospettica di un particolare del dispositivo di Figura 1a e 1b;

- la Figura 4 mostra l?insieme dell?unita idraulica di potenza (24); di un possibile schema circuitale di implementazione di gruppo oleodinamico ed una sorgente di carico idraulico del dispositivo di Figura 1a e 1b;

- la Figura 5 mostra il grafico dell?andamento del carico sul penetratore in funzione del tempo, nel caso di uso di una pompa manuale a confronto con il corrispondente grafico ottenuto con il dispositivo di Figura 1a e 1b.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure allegate, con (1) ? indicato un dispositivo portatile secondo il presente trovato per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo.

Il dispositivo (1) comprende un?unit? di base (2). Come mostrato ad esempio nella Figura 1a e 1b, l?unit? di base (2) ? essenzialmente a forma di pistola o stilo, rispettivamente impugnabile e trasportabile a mano da un operatore.

Con maggior dettaglio, l?unit? di base (2) presenta un giunto di collegamento (3) atto a ricevere una testa (10).

La testa (10) collega un porta sfera (12) - (20) tramite un elemento di connessione (14) che consente la connessione con un pistone (11), e verr? descritta in dettaglio in una parte successiva della presente descrizione.

Il pistone (11) ? alloggiato almeno in parte nell?unit? di base (2) in corrispondenza del giunto di collegamento (3). Dei mezzi di azionamento idraulico (27), comprendenti una pompa (28b), sono collegati al pistone (11) per spingerlo in allontanamento dall?unit? di base (2). Dei mezzi di azionamento elettrico (25) sono associati ai mezzi di azionamento idraulico (27), e si concretizzano ad esempio in un motore elettrico (26) associato alla pompa (28b).

I mezzi di azionamento elettrico (25) comprendono inoltre un sistema di alimentazione associato al motore elettrico (26) e di una batteria (4).

La batteria (4) ? parte integrante dell?l?unita idraulica di potenza (24) di base (2) mediante fissaggio a scatto, su entrambi i lati con i pulsanti (5).

Sono presenti un primo led (6a) che indica lo stato di carica della batteria, ed un secondo led (6b) che segnala eventuali anomalie.

Secondo il presente trovato, sia i mezzi di azionamento idraulico che i mezzi di azionamento elettrico sono alloggiati all?interno dell?unit? di base (2).

Un'unit? di controllo e comando (29) ? anch?essa inserita nell?unit? di base (2). Tale unit? di controllo include un processore per la gestione del programma del ciclo di funzionamento e una memoria elettronica per l?archiviazione dei parametri registrati.

L'unit? di controllo e comando (29) ? provvista di un'interfaccia (7) per il collegamento ad un laptop (8).

Tale interfaccia (7) pu? essere vantaggiosamente un bus seriale universale (USB).

In particolare, l?interfaccia (7) si concretizza in una presa USB per il collegamento con un laptop (8) tramite un cavo USB (9) o in alternativa utilizzando la comunicazione Bluetooth. Tolto il cavo (9), l'interfaccia (7) pu? essere vantaggiosamente coperta da un tappo (non illustrato).

Un?interfaccia di tale tipo ? descritta ad esempio nel documento EP 2025475 B1.

L?unita idraulica di potenza (24) comprende mezzi di azionamento idraulico (27) e mezzi di azionamento elettrico (25) ? attivata mediante il pulsante/interruttore di avvio (2a). Il pulsante (2b) ? usato per emergenza e/o richiamo manuale del pistone (11).

I mezzi di azionamento idraulico sono alimentati dall?azionamento elettrico a inizio ciclo da un pulsante/interruttore di avvio (2a).

Tipicamente i mezzi di azionamento idraulico (27) comprendono un motore elettrico (26) una pompa (28b) e una valvola elettromagnetica di controllo ritorno (28a) si ottiene che la forza applicata durante il test di durezza sia continua e costante, nei tempi di applicazione T con garanzia di mantenimento del carico applicato e il ritorno del pistone (11) a fine ciclo.

Ad esempio, una siffatta valvola elettromagnetica ? descritta nel documento EP Un precarico di sicurezza ? applicato (scelto in sede di progettazione) e controllato durante l?uso dalla unit? di controllo e comando (29), l?unit? di controllo e comando (29) comanda e controlla che la pressione generata dalla pompa (28b) permetta il raggiungimento della pressione di carico in un intervallo di tempo di 1 a 8 secondi.

In tale tempo il fluido viene mandato in pressione fino al raggiungimento del valore di pressione impostato.

Al raggiungimento del carico di pressione impostato, il programma di gestione del ciclo mantiene il carico per l?intervallo di tempo T impostato; ad esempio pari a 10-15 secondi. Al termine l?unit? di comando e controllo (29) apre la valvola elettromagnetica di controllo ritorno (28a) spegne il motore elettrico (26).

Con particolare riferimento alla figura 3, la testa (10) comprende un adattatore di fissaggio (13); comprende altres? un cilindro (16) collegabile all?unit? di base (2) per mezzo di un fissaggio a vite (15) bloccato con due grani (15a).

Un corpo centrale (14) ? inserito nel cilindro (16), ed ? scorrevole lungo una direzione di sviluppo longitudinale ?A?.

In particolare, il corpo centrale (14) ? inserito in un foro (17) del cilindro (16). In uso, il corpo centrale (14) ? posto a contatto con il pistone (11) in modo tale da essere spinto dal pistone (11) da una configurazione ritratta, in cui ? per la maggior parte ritratto all?interno del cilindro (16) a una configurazione estesa, in cui attraverso il porta sfera (12) - (20) esercita la pressione predeterminata sul campione per effettuare la misura di durezza.

Giova rilevare che la testa (10) comprende mezzi di richiamo elastico (18) per richiamare il pistone (11) dalla configurazione estesa alla configurazione ritratta. Come mostrato ad esempio nelle figure 2a, 2b, i mezzi di richiamo elastico si concretizzano in una molla (19) posta coassialmente al corpo centrale (14).

Con maggior dettaglio, il corpo centrale (14) presenta un?estremit? 14a, opposta al pistone 11. Un ulteriore foro (30) ? ricavato in corrispondenza dell?estremit? (14a), in particolare coassialmente rispetto all?asse di sviluppo longitudinale ?A?. L?ulteriore foro (30) ? atto a ricevere una porzione di fissaggio (12a) (20a).

In una prima forma realizzativa, mostrata in figura 2a, il dispositivo comprende un porta sfera (20) comprendente una porzione di fissaggio (20a) inseribile nell?ulteriore foro (30) per fissare il porta sfera (20) al corpo centrale (14) della testa (10). Un adattatore non illustrato, in particolare del tipo da 6,35 mm ? montabile sul porta sfera (20).

In una seconda forma realizzativa, mostrata in figura 2b, il porta sfera (12) ? collegato direttamente al corpo centrale (14) tramite una porzione di fissaggio (12a) inseribile nell?ulteriore foro (30).

Il funzionamento del dispositivo (1) secondo il presente trovato ? anche mostrato dall?andamento del grafico riprodotto in figura 5 con una linea indicata con il riferimento (21).

A partire dalla accensione l?unita idraulica di potenza (24)utilizzando il pulsante/interruttore di avvio (2a) ,si attiva l?unit? di comando e controllo (29) tutto per ottenere attraverso i circuiti dell?unit? di potenza (24) la pressione necessaria per applicare un spinta costante e continua sul porta sfera (12) oppure il (20) sino a raggiungere, progressivamente, il valore massimo convenzionale di 3000 KgF o altri carichi convenzionati dagli Standard nell?arco di un tempo T1 compreso tra 1 e 8 secondi,.

Continuando a funzionare, la pompa (28b) permette di mantenere la spinta massima per tutto l?arco di tempo T convenzionale di prova, stabilito tra 10 e 15 secondi, consentendo alla punta del porta sfera (12) oppure (20) di ottenere che la forza applicata durante il test di durezza sia continua e costante, nei tempi di applicazione T con garanzia di mantenimento del carico applicato e il ritorno del pistone.

Questo ciclo permette di effettuare una convenzionale impronta sulla superficie del corpo metallico da testare, ritenuta corretta, dalle cui dimensioni viene calcolato il valore convenzionale della durezza.

Trascorso il tempo di prova T, interviene la valvola elettromagnetica di controllo ritorno (28a), il motore (26) viene automaticamente arrestato.

? possibile, con l?unita di base (2) non attiva, in qualsiasi momento trasferire dall?unit? di controllo e comando (29) tutti i parametri registrati durante il ciclo, tramite un cavo USB (9) o in alternativa utilizzando la comunicazione Bluetooth al software del laptop (8) per essere fruibili.

L?interruttore d?emergenza e/o richiamo manuale (2b) pu? essere attivato qualora il pistone (11) non rientri automaticamente.

Nella stessa figura 5, il grafico del funzionamento dell?apparecchiatura portatile secondo il trovato ? posto a confronto con il grafico, riprodotto con una linea indicata con il riferimento (22), relativo ad una apparecchiatura portatile nota facente uso di una pompa idraulica manuale a funzionamento pulsante.

Dal confronto tra i grafici, si pu? notare che l?applicazione convenzionale di tre impulsi di forza massima (23), ritenuti equivalenti ad una applicazione continua di quindici secondi, si esauriscono invece un lasso di tempo T2 di dieci secondi dall?inizio delle operazioni di misura e quindi non possono consentire la formazione di un?impronta le cui dimensioni siano effettivamente paragonabili a quelle ottenute con un?applicazione continua del carico massimo per 15 secondi.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo (1) portatile per effettuare misurazioni della resistenza alla deformabilit? plastica permanente di un metallo, comprendente:

un?unit? di base (2) avente un giunto di collegamento (3) per una testa (10);

un pistone (11) alloggiato almeno in parte nell?unit? di base (2) in corrispondenza di del giunto di collegamento (3);

caratterizzato dal fatto di comprendere una unita idraulica di potenza (24) comprende mezzi di azionamento idraulico (27) che sono collegati a detto pistone (11) per spingere detto pistone (11) in allontanamento da detta unit? di base (2); detti mezzi di azionamento elettrico (25) essendo alloggiati all?interno di detta unit? di base (2), detta unit? di base (2) essendo impugnabile da un utilizzatore per essere trasportata.

2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta testa (10) ? collegata al giunto di collegamento (3) dell?unit? di base (2) ed ? configurata per collegare un porta sfera (12)-(20) a detto pistone (11).

3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la testa (10) comprende un cilindro (16) fissabile al giunto di collegamento (3); un corpo centrale (14) inserito nel cilindro (16) e scorrevole lungo una direzione di sviluppo longitudinale (A), detto corpo centrale (14) essendo posto a contatto con il pistone (11) per essere spinto dal pistone (11) da una configurazione ritratta a una configurazione estesa.

4. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il cilindro (16) ? collegabile all?unit? di base (2) per mezzo di un fissaggio a vite (15) bloccato con due grani (15a).

5. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il cilindro (16) presenta un foro (17), detto corpo centrale (14) essendo inserito nel foro (17).

6. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 3 alla 5, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di richiamo elastico (18) per richiamare detto pistone (11) dalla configurazione estesa alla configurazione ritratta.

7. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 3 alla 6, caratterizzato dal fatto che il corpo centrale (14) presenta un?estremit? (14a) opposta al pistone (11) e un ulteriore foro (30) ricavato in corrispondenza dell?estremit? (14a) e sviluppantesi lungo l?asse di sviluppo longitudinale (A), detto ulteriore foro (30) essendo atto a ricevere una porzione di fissaggio (12a, 20a).

8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere un porta sfera (20) comprendente una porzione di fissaggio (20a) inseribile nell?ulteriore foro (30) con l?interposizione di un adattatore.

9. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere porta sfera (12) comprendente una porzione di fissaggio (12a) inseribile nell?ulteriore foro (30) per fissare porta sfera (12) al corpo centrale (14) della testa (10).