RU1772682C - Твердомер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к определению механических характеристик материалов, в с частности к устройствам дл  измерени  твердости. Цель изобретени  - повышение точности измерений за счет уменьшени  трени  между кареткой и нажимным элементом . Ручной твердомер содержит корпус с опорной п той и расположенные на нем грибок, шток с опорным кольцом, каретку-с индентором, датчики усили  и глубины, соединенные между собой пружинами, причем каретка и шток с опорным кольцом выполнены из отдельных, чередующихс  и непосредственно не св занных между собой секторов, имеющих на нажимном элементе общую поверхность скольжени . 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к области исследовани  механических свойств материалов и может быть использовано дл  определени  широкого набора характери1 стик твердости сталей и сплавов изделий практически любой формы и размеров в лабораторных и промышленных услови х.

Известна конструкци  ручного твердомера , содержаща  корпус с опорной п той, св занный пружиной с установленным на нем грибком. Внутри корпуса размещен с опорным кольцом, соединенный с грибком с помощью пружины.

Внутри штока с опорным кольцом установлена каретка с индентором, св занна  с грибком датчиком усили .

Недостатками этого технического решени   вл ютс  ограниченные технологиче- .ские возможности из-за одинаковой величины вдавливани , существенно ограничивающей диапазон измер емой твердости , низка  точность измерени , т.к. известна  конструкци  не позвол ет обеспечить завис щее от оператора стабильное значение глубины вдавливани  л не исключает вли ни  сил трени  при перемещении индентора в опорном кольце на сигнал датчика усили .

Наиболее близким техническим решением , выбранным в качестве прототипа,  вл етс  ручной пресс дл  испытаний на твердость, содержащий корпус с опорной п той, св занный пружиной с. установленным на нем грибком. Внутри корпуса размещен шток с опорным кольцом, соединенный с грибком с помощью пружины, а внутри штока с опорным кольцом установлена ка- ре тка с индентором, св занна  с грибком пружиной, а со штоком с опорным кольцом датчиком глубины.

Недостатками этого технического решени   вл ютс  ограниченные технологические возможности из-за одинаковой величины глубины вдавливани , существенно ограничивающей диапазон измер емой твердости, низка  точность измерени ,

w

NM

Ё

Vi

Ч

N3 О СО

ГО

большой разброс результатов измерений за счет сил трени  между опорным кольцом м индентором.вилкой и цапфой.

Целью изобретени   вл етс  расширение технических возможностей устройства и повышение точности измерений.

Указанна  цель достигаетс  тем. что в известном ручном прессе дл  испытаний на твердость в корпусе с п той размещен нажимной элемент с установленным на нем грибком, подпружиненный в осевом направлении относительно корпуса с п той. Внутри нажимного элемента с возможностью осевого перемещени  размещен шток с опорным кольцом, подпружиненный относительно грибка. Коаксиально штоку с опор- ным кольцом установлена каретка с индентором, подпружиненна  относительно грибка, с размещенными на ней датчиками перемещени  и нагрузки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый ручной твердомер отличаетс  тем, что, с целью исключени  взаимного вли ни  сил трени  (скольжени  и поко ) на показани  датчиков перемещени  и нагрузки, измер ющих глубину йнедрени  индентора и нагрузку, при перемещении друг относительно друга каретки с индентором и штока с опорным кольцом и повышение таким образом точности измерений, в штоке с опорным кольцом выполнены продольные прорези, а в каретке с установленными на ней датчиками перемещени  и нагрузки - радиальные выступы, размещенные в прорез х штока, непосредственно не св занные с друг другом и контактирующие с нажимИым элементом по общей поверхности.

Таким образом за вл емый твердомер соответствует критерию изобретени  новизна .

Сравнение за вл емого решений не только с прототипом, но и с другими техническими решени ми в данной области техники не позволило вы вить в них признаки, отличающие за вл емое решение от прототипа ., что позвол ет сделать вывод о соответствии критерию изобретени  существенные отличи .

Работа прибора основана на фиксаци  текущей глубины отпечатка и нагрузки с помощью высокоточной индукционной или тензометрической системы контрол  микроперемещений и усилий.

Ручной твердомер состоит из узла на- гружени  и электронного блока обработки результатов, выполненного в виде однокристальной ЭВМ, с пос едующим выводом результатов измерени  на цифровой индикатор прибора.

Изобретение по сн етс  чертежами: Фиг 1 - общий вид твердомера; фиг. 2

-сечение А -А, фиг. 3 - сечение Б-Б; фиг. 4

-структурна  схема электронного блока, фиг. 5 - диаграмма вдавливани  в координатах глубина-нагрузка ; фиг. 6 - схема определени  величины значени  глубины вдавливани  индентора.

Узел нагружени  содержит корпус 1 с

0 опорной п той 2, устанавливаемой на исследуемую поверхность.

В корпусе 1, с возможностью осевого перемещени , ргзмещен нажимной элемент 4 с установленным на нем грибком 25

5 и подпружиненный относительно корпуса 1 Внутри нажимного элемента установлен шток 9 с опорным кольцом 10. Коаксиально штоку с опорным кольцом установлена каретка б с датчиками нагрузки 7 и перемеще0 ни  8. При этом в штоке 9 выполнены продольные прорези 11, в которые вход т радиальные выступы 2 каретки 6. Шток 9 и каретка 6 имеют общую с нажимным элементом 4 поверхность 13.

5 На штоке 14 датчика нагрузки закреплен индентор 15 и ограничитель перемещени  16. Шток датчика перемещени  8 св зан со штоком 9 посредством перемычки 18 Каретка 6 подпружинена относительно грибка

0 25 пружиной 19, предназначенной дл  создани  предеарительной и измерительной нагрузки, а шток 9 подпружинен относительно грибка 25 пружиной 20, предназначенной дл  устранени  возможных зазоров

5 в цепи измерени  глубины вдавливани  индентора и дл  расширений диапазона измерений датчика перемещений 8 путем использовани  его положительной и отрицательной областей. На каретке 6 и нажим0 ном элементе 4 выполнены буртики 21 и 22, предназначенные дл  ограничени  из перемещений в корпусе 1. Нажимной элемент 4 имеет также буртик 23.

Между буртиком 23 и торцом 24 корпуса

5 а исходном положении грибка 25 образуетс  зазор 5, определ ющий максимальную величину усили  на инденторе, завис щую от технических возможностей датчика нагрузки 7.

0 , Предлагаемый ручной твердомер рабо- тает следующим образом. Охватывают рукой корпус 1. Прижимают опорную п ту 2 к исследуемой поверхности 3. Нажимают на грибок 25 и перемещают нажимной элемент

5 4 в сторону исследуемой поверхности 3 При этом сжимаетс  пружина 5. Под действием пружины 19 и 20 вместе с нажимным элементом 4 перемещаютс  шток 9 и вход ща  в него с зазорами 11 каретка б по общей с нажимным элементом 4 поверхности 13

В момент касани  опорным кольцом 10 исследуемой поверхности 3 шток 9 останавливаетс  и через перемычку 18 воздействует на шток 17 датчика перемещени  8, который выдает сигнал о величине перемещени  1 каретки 6 относительно оперного кольца 10, причем исходный зазср между торцем опорного кольца 10 и вершиной ин- дентора 15 характеризуетс  величиной 2. При дальнейшем движении каретки 6 ин- дентор 15 внедр етс  в исследуемую поверхность 3 и воздействует через шток 14 на датчик нагрузки 7, который выдает сигнал о величине нагрузки Р на инденторе 15 и соответствующей ей величине перемещени  3 штока 14 датчика нагрузки 7.

Процесс внедрени  заканчиваетс , когда буртик 23 нажимного элемента 4 упретс  в торец 24 корпуса 1.

При достижении заданной величины предварительного нагружени ,обеспечиваемой начальной деформацией лрухины 19, буртик 22 отходит от нажимного элемента 4.

Значени  А1, Д 2, A3, Р поступают в электронный блок обработки результатов, который преобразует механическое перемещение каретки 6 относительно опорного кольца 10, фиксируемое датчиком перемещени  8 и перемещение штока 14 датчика нагрузки 7 в пропорциональные электрические сигналы с последующим преобразованием их в двоичный код и пересчет в микропроцессорном устройстве в величину твердости измер емого материала (см. фиг. 4). В посто нно запоминающее устройство (ПЗУ) электронного блока зашиваетс  программа математической обработки электрических сигналов с датчиков перемещени  и нагрузки.

В процессе нагружени , начина  с момента касани  вершины индентора исследуемой поверхности происходит непрерывное считывание электрических сигналов с датчиков 7 и 8 в режиме реального времени.

Отмоделированный и усиленный сигнал сдатчиков поступает в двухканальный ана лого-цифровой преобразователь АЦП с разр дностью не менее 10, где превращаетс  в последовательность импульсов соответствующихпропорциональным электрическим сигналам с датчиков 7 и 8. (Оцифрованный сигнал с АЦП поступает в микро-ЭВМ, где происходит преобразование кодированных сигналов по программе, хран щейс  в ПЗУ. Эта программа предназначена дл  математической обработки диаграммы вдавливани  в координатах: глубина вдавливани  h - нагрузка на индентор Р(см. фиг. 5).

Причем,величина глубины вдавливани  вычисл етс  по формуле:

h k( Д1 - А 2 - А 3).

5 где k - коэффициент, учитывающий деформации составных частей твердомера;

А1 - величина перемещени  каретки 6 относительно опорного кольца 10;

А2 - величина исходного зазора между 10 торцем опорного кольца 10 и вершиной индентора 15;

A3 - величина перемещени  штока 14 датчика нагрузки 7 (см. фиг. 6).

5При обработке диаграммы вдавливани 

используют только участок 1-2-3; участок 0-1 до нагрузки Р (около 1 кг) и соответствующий глубине вдавливани  отбрасываетс ,

0 т.к. несет искаженную информацию о процессе вдавливани , обусловленную: вли нием трени  индентора об исследуемый материал, шероховатостью и локальным наклоном поверхности материала относитель5 но оси индентора.

Из обработанной таким образом диаграммы вдавливани  получают значени  итоговой нагрузки Р (Pk - Pi) и глубины вдавливани , соответствующей этой на0 грузке п (hk - hi), при этом в расчет идет глубина hk, соответствующа  итоговому времени выдержки под нагрузкой Р и выбираема  в соответствии с типом материала (так дл  сталей t 3..,5 сек; дл  меди 10...15

5 сек и т.д.).

Значени  Р и h подставл ютс  в формулу дл  расчета величины твердости Н:

Н К Р/к, где k - коэффициент формы индентора.

0После окончани  измерени  снимают

нагрузку с грибка 25 и под действием пружин составные части твердомера возвращаютс  в исходное положение.

Твердомер позвол ет унифицировать

5 процесс измерени  и получить при одном цикле нагружени  все стандартные значени  твердости по Виккерсу НУ, Бринеллю НВ, Роквеллу HRC.

Одновременно в пам ти прибора может

0 хранитьс  до 100 текущих значений твердости с возможностью их последующей распечатки .

Применение предлагаемой конструкции позвол ет расширить технологические

5 возможности и повысить точность измерений , исключа  разброс результатов измерений , т.к. позвол ет обеспечить стабильные значени  глубины вдавливани  и исключает вли ние сил трени , при перемещении каретки с индентором относительно штока с

опорным кольцом на показани  датчиков перемещени  и усили 

Предлагаемое изобретение предполагаетс  использовать дл  экспресс-анализа твердости деталей различной формы и размеров из широкого спектра марок сталей и сплавов, в лабораторных и промышленных услови х

Ориентировочный срок внедрени  - iV квартал 1991 года

Величину экономического эффекта на данном этапе оценить не представл етс  возможным.

0

Claims (1)

1. Формула изобретени  Твердомер, содержащий корпус с опорной п той, размещенный на нем грибок, установленные в корпусе коаксиально друг другу шток с опорным кольцом, каретку с индентором и подпружиненный относительно корпуса в осевом направлении нажимной элемент и св занные с кареткой датчик усили  и с штоком датчик перемещени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в штоке выполнены продольные прорези, а в каретке - радиальные выступы, размещенные в прорез х м контактирующие с нажимным элементом.

   А

   Фиг.2,

   тш®

   289 гш

   источник cmadujfitduij питани 

   Усилитель

   ПЗУ

   4r

   QQHOKлистам ник оэвм

   кладиа

   Индикаци 

   t-&pQMfi Јы$ер&#1/ «

   - 1ндентс ра. /даЭ нагрузкой

   k

   К

   Фиг.5

   //////// /c j

   ФцЗ. 6