Устройство для измерения твердости материалов

,ОСУДАРСТВ ВЕДОМСТВО ГОСПАТЕНТ АПИСК АВТОР АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬСТВ КОМУ СВИ Сабаев, В.Д.Роски сво му меора и я ирег преобр 1(71) Научно-производственное обьединениепо технологии машиностроения для животноводства и кормопроизводства "РостНИИТМ"(72) Б.В,Лаврентьев, А,С,вен ьков и В. Я, Сер гиен ко(бб) Дорофеев А.Л. и др. НеразрушающиефИзические методы измерения твердости,М,: Машиностроение, 1979, с,21, 22,Авторское свидетельство СССРМ 297900, кл, 6 01 й 3/48, 1971. Предполагаемое изобретение относится к исследованиям физико-механических свойств материалов и может быть использовано в машиностроении для контроля твердости внутренних поверхностей труб иполостей в массивных иэделиях.Известно устройство для измерениятвердости - электроакустический твердомер, содержащее полуволновой электроаку стический преобразователь с индентором на конце, систему механического нагружения индентора и электронные системы возбуждения и регистрации акустических колебаний и реобразовэтеля.Недостатками известного устройства являются сравнительно невысокая чувствительность преобразователя к твердости контролируемого изделия и большие габаритные размеры, затрудняющие контроль . твердости внутренних поверхностей,Известно более чувствительное устройство для измерения твердости, содержащее(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к измерению твердости материалов. Изобретение позволяет расширить эксплуатационные возможности за счет обеспечения измерения твердости в полостях малого размера. Устройство содержит резонатор, размещенный внутри инертной массы, которая соединена с узлом нагружения. 1 ил,четвертьволновои электроакус преобразователь с индентором н ном конце стержня-резонатора; с ханического нагружения инд электронные системы возбужден страции акустических колебаний зователя. Недостатком известного устройства являются большие габаритные размеры преобразователя, что затрудняет контроль твердости внутренних поверхностей и тем самым ограничивает область применения устройства.Целью предполагаемого изобретения является расширение области применения устройства для измерения твердости путем уменьшения габаритных размеров преобразователя и тем самым уменьшение внутренних размеров полостей, доступных контролю, причем без уменьшения длины стержня-резонатора, т.е. при сохра 1795350нении его чувствительности к изменениям твердости.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения твердости внутренних поверхностей содержит четвертьволновой электроакустический преобразователь с индентором на свободном конце стержня- резонатора, систему механического нагружения индентора и электронные системы возбуждения и регистрации акустических колебаний преобразователя, причем инертная масса преобразователя имеет осевое глухое отверстие, в котором по всей длине свободно расположен стержень-резонатор, жестко соединенный с массой на дне отверстия, а элементы систем возбуждения и регистрации акустических колебаний расположены в кольцевой щели между стержнем-резонатором и внутренней поверхностью отверстия .в массе,На чертеже показана схема устройства, включающая осевое сечение преобразователя.Устройство для измерения твердости внутренних поверхностей содержит четвертьволновой акустический преобразователь в корпусе 1 с подпружиненной задней опорой 2, устанавливаемый внутрь полости 3 контролируемого изделия 4 (на фиг.1 показан вариант устройства с преобразователем для контроля круглых цилиндрических отверстий). Индентор 5, внедренный в контролируемое изделие 4, закреплен на свободном конце стержня-резонатора 6, Инертная масса 7 преобразователя имеет глухое отверстие, через которое по всей длине свободно проходит стержень-резонатор 6, жестко соединенный с массой 7 на дне отверстия. Система механического нагружения выполнена в виде тарированной пружины сжатия 8, одним концом упирающейся в заднюю опору 2, а другим - в опорный кольцевОй выступ на наружной поверхности инертной массы 7, которая перемещается в осевом направлении в подшипниках скольжения 9, Пьезеоэлектрический элемент 10 системы возбуждения электрических колебаний в стержне-резонаторе 6 соединен с выходом усилителя 11, вход которого соединен с пьезоэлектрическим элементом 12 системы регистрации акустических колебаний стержня-резонатора 6 (в данном конкретном примере указаны пьезоэлектрические элементы систем возбуждения и регистрации колебаний). Выход усилителя 11 соединен также через частотомер 13 с индикатором 14, проградурованным в единицах твердости,Устройство работает следующим образом. При установке электроакустического5 преобразователя устройства в полость 3контролируемого изделия 4 индентор 5внедряется в материал контролируемого изделия 4 под действием упругой силы тарированной пружины сжатия 8, одним концом10 прижимающей заднюю опору 2 к внутренней поверхности изделия 4, а другим концом через опорный кольцевой выступприжимающей инертную массу 7 со стержнем-резонатором 5 к внутренней поверхно 15 сти изделия 5. Под действием этой силыпроисходит внедрение индентора 5 в материал изделия 4. При установке преобразователя инертная масса 7 перемещается внутрикорпуса 1 в подшипниках скольжения 9, В20 соответствии с глубиной внедрения индентора, зависящей от твердости контролируемого иэделия, изменяется и резонанснаячастота колебаний стержня-резонатора 6,Колебания резонансной частоты, возбужда 25 емые пьезоэлементом 10, после усиления сигнала пьезоэлемента 12 усилителем 11поступают через частотомер 13 на индикатор 14, показание которого соответствуеттвердости контролируемого изделия 5.30 При этом по сравнению с четвертьволновым преобразователем известной конструкции, укороченным до требуемой длины(диаметра контролируемого отверстия),предлагаемый четвертьволновой преобра 35 зователь позволяет использовать болеедлинный стержень-резонатор и тем самымобеспечивает большую чувствительность кизменению твердости контролируемогоиэделия (позволяет сохранить высокуюч 0 чувствительность четвертьволнового преобразователя за счет сохранения длиныстержня-резонатора при общем укорочениипреобразователя, имеющего новую геометрическую форму инертной массы и новое45 взаимное расположение отдельных частейпреобразователя).Предлагаемое устройство обеспечиваетизмерение твердости внутренней поверхности гильз цилиндров двигателей внутренне 50 го сгорания, имеющих внутренний диаметрменее 100 мм, что с помощью известныхустройств сделать невозможно, Предполагается использовать устройство для контроля качества закалки с нагревом ТВЧ55 внутренней поверхности гильз цилиндроввнутреннего сгорания на заводе "Пенздизельмаш", г. Пенза, в Вкв, 1991.1795350 Составитель Б,ЛаврентьевТехред М.Моргентал ектор В,Петраш Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 42ВНИИ роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Формула изобретенияУстройство для измерения твердостиматериалов, содержащее инертную массу,жестко соединенный с ней одним концомрезонатор, закрепленный на другом его 5конце индентор, систему возбуждения акустических колебаний резонатора, узел нагружения резонатора и систему регистрации колебаний резонатора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения эксплуатационных воэможностей, резонатор и инертная масса коаксиальны.