PL210364B1 - Sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej i przyrząd do pomiaru naprężeń własnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej i przyrząd do pomiaru naprężeń własnych, przeznaczony do badania elementów maszyn i konstrukcji mechanicznych.

Pomiary naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej realizowane są różnymi metodami o różnym stopniu dokładności.

Wśród metod nie niszczących stosowana jest metoda dyfrakcji rentgenowskiej za pomocą dyfraktometrów, umożliwiająca pomiary naprężeń drugiego i trzeciego rodzaju. Przy pomocy tej metody możliwy jest pomiar uśrednionych naprężeń własnych tylko w zewnętrznej warstwie materiału o grubości od kilku do kilkunastu mikrometrów.

Metody relaksacyjne, zwłaszcza trepanacyjna, polegają na nawiercaniu w badanym elemencie otworów o małych średnicach i pomiarze przy pomocy tensometrów odkształceń wokół tych otworów podczas wiercenia otworu. Metody relaksacyjne są mało dokładne, charakteryzują się niską rozdzielczością i wymagają czasochłonnych zabiegów związanych z koniecznością naklejania na badany element rozet tensometrycznych oraz stosowania do obliczeń specjalistycznego oprogramowania.

Metody mechaniczne polegają na usuwaniu kolejnych warstw materiału i pomiarze odkształceń spowodowanych zmianą rozkładu naprężeń, z wykorzystaniem pomiaru ugięcia próbek i tensometrycznych lub innych czujników naprężeń. Są to metody niszczące, pozwalające w zasadzie na pomiar naprężenia pierwszego rodzaju, a wyniki zależą od sposobu pomiaru i geometrii próbki. Odmianą tych metod jest metoda Phillipsa Weissmana, polegająca na pomiarze zmian strzałek ugięcia próbek podczas chemicznego lub elektrochemicznego usuwania ich warstw wierzchnich trawieniem. Pomiary realizowane tą metodą obarczone są znacznymi błędami wynikającymi z nierównomiernego usuwania warstw wierzchnich, założeń upraszczających, według których szybkość roztwarzania w funkcji czasu i grubości usuwanej warstwy jest stała, co nie jest w pełni spełnione podczas badań ze względu na zmienność cech fizykochemicznych warstw wierzchnich w funkcji odległości od powierzchni. Ponadto, metoda ta wymaga stosowania agresywnych i szkodliwych dla otoczenia elektrolitów.

Sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej, w funkcji odległości od powierzchni realizowany podczas usuwania warstwy wierzchniej próbki zamocowanej w przyrządzie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomiar grubości usuwanych warstw prowadzi się w sposób ciągły podczas obróbki mechanicznej usuwającej warstwy wierzchnie próbki, zwłaszcza docieraniem, szlifowaniem, skrawaniem lub inną obróbką mechaniczną, przy czym podczas obróbki próbkę utrzymuje się w stanie wyprostowanym za pomocą czujników sił, które podczas usuwania warstwy wierzchniej dociskane są przez próbkę do śrub ustalających ich położenie oraz rejestruje się wartość sił niezbędnych do utrzymania badanej próbki w przyrządzie w stanie wyprostowanym.

Przyrząd do pomiaru naprężeń własnych, posiadający korpus, w którym zamocowane są badane próbki, czujniki sił i czujniki przemieszczeń liniowych do rejestracji zmian grubości próbki podczas usuwania warstwy wierzchniej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do korpusu przymocowane są listwy, pomiędzy którymi jest podparta próbka, przy czym warstwa wierzchnia próbki jest wysunięta poza płaszczyznę zewnętrzna listew, zaś wewnątrz korpusu są osadzone przesuwnie czujniki sił usytuowane prostopadle do osi wzdłużnej próbki, osadzone pomiędzy próbką a śrubami ustalającymi położenie czujników sił, które to czujniki i śruby utrzymują próbkę w położeniu wyprostowanym podczas usuwania warstwy wierzchniej. Ponadto czujniki sił i czujniki przemieszczeń liniowych są połączone z obwodem pomiarowym urządzenia rejestrującego sygnały pomiarowe.

Korzystnym jest, jeżeli listwy mają wzdłuż krawędzi występ, na którym podparte są krawędzie boczne próbek.

Korzystnym jest także, jeżeli próbki mają przekrój poprzeczny w kształcie trapezu.

W innym korzystnym wykonaniu, próbki mają przekrój poprzeczny o profilu schodkowym.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia pomiar naprężeń własnych podczas stopniowego usuwania technologicznych warstw wierzchnich z wyprostowanych próbek poprzez docieranie, szlifowanie lub inną dokładną obróbkę mechaniczną, lub elektromechaniczną, dzięki czemu warstwa wierzchnia usuwana jest równomiernie bez wprowadzania w nią dodatkowych naprężeń wpływających na błąd pomiaru. Podczas obróbki mierzona jest grubość usuwanej warstwy oraz siły niezbędne do utrzymania próbki w stanie wyprostowanym. Na podstawie wyników pomiarów grubości usuwanej warstwy i związanych z nią wyników pomiarów sił niezbędnych do utrzymywania próbek w stanie wyprostowanym obliczany jest rozkład naprężeń własnych w funkcji odległości od powierzchni.

PL 210 364 B1

Sposób ten jest dokładniejszy od metody Philipsa Weissmana i jest szczególnie przydatny do pomiarów naprężeń własnych w niejednorodnych warstwach, na przykład po obróbce elektroerozyjnej, stopowaniu laserowym, stopowaniu elektroiskrowym, itp.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie realizacji przyrządu do pomiaru naprężeń własnych uwidocznionego na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyrząd w perspektywie, fig. 2 przedstawia przyrząd w przekroju wzdłużnym, fig. 3 przedstawia przyrząd w przekroju poprzecznym.

Jak przedstawiono na fig. 1, przyrząd do pomiarów naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej składa się z korpusu 1, w którym przy pomocy listew 2, 2', lewej i prawej, umiejscowione są badane próbki 3. Ponadto, w korpusie 1 osadzone są czujniki sił 4 dociskane przez próbki 3 do śrub 5 oraz czujniki przemieszczeń liniowych 6 do pomiaru grubości usuwanej warstwy wierzchniej próbek 3. Położenie śrub 5 zależy od grubości próbek 3. Podczas usuwania warstwy wierzchniej, każda próbka 3 jest podparta na listwach 2, 2, przy czym warstwa wierzchnia próbki 3 jest wysunięta poza płaszczyznę zewnętrzna listew 2, 2'. Czujniki sił 4 usytuowane są w położeniu zapewniającym utrzymanie próbki 3 w położeniu wyprostowanym podczas usuwania warstwy wierzchniej. Czujniki sił 4 i czujniki przemieszczeń liniowych 6 są połączone z obwodem pomiarowym PC urządzenia rejestrującego sygnały pomiarowe.

Wzajemne usytuowanie próbek 3, czujników sił 4 i śrub 5 ustalających ich położenie jest pokazane na fig. 2 i fig 3. Śruby 5 przez czujniki sił 4 wywierają na próbki 3 wstępny nacisk niezbędny do utrzymywania ich w stanie wyprostowanym. Czujniki sił 4 są osadzone prostopadle do osi wzdłużnej każdej próbki 3. Wartość nacisku niezbędnego do utrzymania próbek 3 w położeniu wyprostowanym jest przekazywana przez obwód pomiarowy PC do urządzenia rejestrującego wyniki pomiarów w sposób ciągły.

Wzajemne usytuowanie listew 2, 2 próbek 3 i czujników przemieszczeń liniowych 6 w korpusie 1 jest pokazane na fig. 3. Próbki 3 mają przekrój poprzeczny, trapezowy, bądź przekrój o profilu schodkowym, a listwy 2, 2 mają wzdłuż krawędzi występ, do którego są dociskane próbki 3. Czujniki przemieszczeń liniowych 6 są usytuowane przy skrajnych ściankach bocznych korpusu 1.

Podczas obróbki mechanicznej próbek 3, docierania, szlifowania lub innej dokładnej obróbki, są one utrzymywane w stanie wyprostowanym. Podczas badań, wskutek usuwania warstwy wierzchniej, zmieniają się grubości próbek 3 i wartości sił niezbędnych do ich utrzymywania w stanie wyprostowanym. Obie te wielkości są mierzone i rejestrowane w sposób ciągły i stanowią podstawę do obliczeń rozkładu naprężeń w funkcji odległości od powierzchni.

Claims (5)

1. Sposób pomiaru naprężeń własnych w technologicznej warstwie wierzchniej, w funkcji odległości od powierzchni realizowany podczas usuwania warstwy wierzchniej próbki zamocowanej w przyrządzie, znamienny tym, że pomiar grubości usuwanych warstw prowadzi się w sposób ciągły podczas obróbki mechanicznej usuwającej warstwy wierzchnie próbki, zwłaszcza docieraniem, szlifowaniem, skrawaniem lub inną obróbką mechaniczną, przy czym podczas obróbki próbkę (3) utrzymuje się w stanie wyprostowanym za pomocą czujników sił (4), które podczas usuwania warstwy wierzchniej dociskane są przez próbkę (3) do śrub (5) ustalających ich położenie oraz rejestruje się wartość sił niezbędnych do utrzymania badanej próbki (3) w przyrządzie w stanie wyprostowanym.

2. Przyrząd do pomiaru naprężeń własnych, posiadający korpus, w którym zamocowane są badane próbki, czujniki sił i czujniki przemieszczeń liniowych do rejestracji zmian grubości próbki podczas usuwania warstwy wierzchniej, znamienny tym, że do korpusu (1) przymocowane są listwy (2, 2), pomiędzy którymi jest podparta próbka (3), przy czym warstwa wierzchnia próbki (3) jest wysunięta poza płaszczyznę zewnętrzna listew (2, 2), zaś wewnątrz korpusu (1) są osadzone przesuwnie czujniki sił (4) usytuowane prostopadle do osi wzdłużnej próbki (3), osadzone pomiędzy próbką (3) a śrubami (5) ustalającymi położenie czujników sił (4), które to czujniki i śruby (5) utrzymują próbkę (3) w położeniu wyprostowanym podczas usuwania warstwy wierzchniej, a ponadto czujniki sił (4) i czujniki przemieszczeń liniowych (6) są połączone z obwodem pomiarowym (PC) urządzenia rejestrującego sygnały pomiarowe.

3. Przyrząd według zastrz. 2, znamienny tym, że listwy (2, 2) mają wzdłuż krawędzi występ, na którym podparte są krawędzie boczne próbek (3).

PL 210 364 B1

4. Przyrząd według zastrz. 2, znamienny tym, że próbki (3) mają przekrój poprzeczny w kształcie trapezu.

5. Przyrząd według zastrz. 2, znamienny tym, że próbki (3) mają przekrój poprzeczny o profilu schodkowym.