Устройство для определения твердости материалов

(191 (11) УБЛ 4 С 01 1( 3/4 ЕНИЯ лова,ельчик А.В. Киряк (53) 620.(56) Автор У 1068768,Авторско Р 1221544,ВЕ Рся к област воиствьзовано теталлов иия являетс ет боле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗО К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДОСТИ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относитисследования прочностныхриалов и может быть испоопределения твердости месплавов. Целью изобретенповышение точности за сч ного измерения амплитуды ударного ускорения и времени упругопластического деформирования материала. Это достигается тем, что передний фронт импульса, длительость которого равнадлительности упругопластического деформирования, формируется компаратором, сигнал на вход которого подается непосредственно с согласующегоусилителя, минуя фильтр нижних частот а также тем, что схема пиковогодетектора позволяет запомнить максимум амплитуды ударного ускорения, Работа арифметического узла, реализующая алгоритм вычисления в виде рядапо степеням (А Т ), позволяет отобрыкать на индикаторе значение статической или динамической твердости взависимости от заданных коэффициентов аппроксимации.1 зоте тонте Отци т 1 ся к игттсл,зон цт тоцт Г тцыт Г тот тятерца тони ток 1 бь-.ь исполт тонацо для оттреде -тетия статической и дицамическойтттер;тости коттон и сплавон при дитамноскотагружетии,1 ел. изобретения - повышение точцости оттрсделецття твердости,На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.10устройство содержит плиту 1, закрепленный ца цей корпус 2 с прижимным мехацизмом 3, связанным с направляющей 4, в которой находится спусковой механизм 5, боек 6 с индентором7 н виде шарика иэ тнердого сплава,цьезоакселерометр 8, закрепленный набойке последовательно соединенные сцим согласующий усилитель 9, фильтр10 нижних частот 1,И 1 Ч), первый дифференциатор 11 и первый компаратор12, пиковый детектор 13, сигнальныйвход которого соединен с выходом ФНЧ1 О, аналого-цифровой преобразователь14 АЦ 11), сигнальный вход которогосоединен с выходом пикового детектора 3, арифметический узел 15, первый вход которого соединен с ныходом АПП 14, преобразователь 16время - код, выход которого соединен 30с вторым нходом арифметического узла, задатчик 17 постояннойвьл;одкоторого соединен с третьим входомарифметического узла 15, цифровойиндикатор 18, вход которого соединен 3выходом арифметического узла 15,второй дифференциатор 19, вход которого соединен с выходом первого комцаратора 12, а выход - с управляющимвходом АНП 14, КБ-триггер 20, Квход которого соединен с выходомвтотого дифференциатора 19, а выходс входом преобразователя 16 времякод и с управляющим входом пиковогодетектора 13, второй компаратор 21, 45вход которого соединен с выходомсогласующего усилителя 9 и третийдцфферецциатор 22 вход которогосоединен с выходом второго компаратора 21, а выход - с Я-входом КБ- утриггера,Устройство работает следующим образом.Испытуемый материал кладется на плиту 1 и направляющей 4 с помощью прижимного механизма 3 прижимается к плите . г 1 редварительно боек 6 перемещается по направляющей 4 нверх д(т затецлеттия со сусковым механиэ мом 5, При высобождециц бойка 6 от сцепления со спусковым механизмом 5 цод действием силь; тяжести боек 6 разгоняется цо скорости /,которая определяется высотои падения (Нд ) бойка данной конкретной установки, и ударяет ицдентором 7 по поверхности испытуемого материала, Электрический сигнал с цьезоакселерометра 8, пропорциональный действующему ударному ускоретюо (А ), поступает на вход согласующего усилителя 9 и далее на вход ФНЧ 1 О. ФНЧ 10 отфильтровывает высокочастотные составляющие сигнала, которые могут возникать при контроле высокотвердых материалов и вызывать (при отсутствии фильтра) ложные срабатывания устройства, С выхода согласующего усилителя 9 сигнал поступает на вход второго компаратора 21, который вырабатывает положительный перепад напряжения, фронт которого совпадает с началом ударного импульса, Третий дифференциатор 22 нырабатынает короткий положительный импульс по фронту перепада напряжения на выходе компаратора 21, 1который переводит К 8-триггер н состояние ", Сигнал с выхода ФНЧ 10 поступает на вход первого дифференциатора 11 и с его выхода на вход первого компаратора 12, На выходе первого компаратора 12 формируется положительный перепад напряжения, фронт которого совпадает с моментомдостижения ударным импульсом своего максимума. Второй дифференциатор 19 вырабатывает короткий положительный импульс по фронту перепада напряжения на выходе компаратора 2, который переводит КБ-триггер 20 в состояние "0". Таким образом, на выходе КБ-триггера формируется положительный прямоугольный импульс, длительность которого равна нремени улругопластического деформирования (Т ) испытуемого материала, Этот импульс поступает на вход преобразователя 16 время - код, на выходе которого формируется код, эквивалентный времени Т,. Сигнал с выхода ФНЧ 10 поступает на сигнальный вход пикового детектора 13, который управляеТся сигналом с выхода КЯ-триггера 20. Амплитуда сигнала, приходящаяся на момент вре 1252706мени окончания импульса с КБ-триггера, т,е. пропорциональная максимальному ускорению А , запоминается пиковым детектором на время, необходимое для работы АПП 14, который запускается импульсом с выхода второго дифференциатора 19. На выходе АЦП формируется цифровой код, эквивалентный максимальной амплитуде ударного ускорения А . Таким образом, на вхо О дах арифметического узла 15 присутствуют коды: с выхода преобразователя 6 время - код, эквивалентный времени Т, с выхода А 1 Л 14, эквивалентный А . Известно, что твер дость материала может быть оценена по амплитуде ударного ускорения (А ) и длительности упругопластического деформирования (Т ), при этом наиболее достоверным алгоритмом конт роля твердости при ударе считается отношение (А,/Т,), которое с учетом начальных условий соударения (ш, Р , и Ч ) имеет размерность напряжения (Н/м), Это позволяет, 25 помимо определения динамической твердости, физически обосновано связать его со статической твердостью, например, по Бринелю,Отсутствие геометрического отпечатка при внедрении шарового индентора в материал и влияние динамичности нагружения придает зависимости НВ = Г(А /Т,) характерную нелинейность, которая учитывается арифмети 35 ческим узлом 15, рассчитывающим статическую твердость по формуле НВ Ь +Ь (А /Т ) + Ь (А /Т )+ + Ь(А,/Т,) (1) Коэффициенты аппроксимации Ъоф Ь Ь определяются экспериментально и подаются на третий вход арифметического узла с задатчика 1745 постоянной, При точности контроля статической твердости -1 ОИ, достаточной в производстве, в полиноме (1) можно ограничиться первыми тремя членами.50Предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения тверлости, (статической или динамиче"ской Б зависимости от выбраннь 1 х постоянных и алгоритма расчета 1 за счет более точного определения времени упругопластического деформирования материала Т, и амплитуды ударного ускорения Аформула изобретенияУстройство для определения твердости материалов, содержащее направляющую, закрепленный на ней спусковой механизм, взаимодействующий с ним боек с ударником в виде шарика, закрепленный на нем пьезоакселерометр, последовательно соединенный с нцм согласующий усилитель, фильтр нижних частот, первый дифференциатор и первый компаратор, пиковый детектор, сигнальный вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, сигнальный вход которого соединен с выходом пикового детектора, арифметический узел, первый вход ко,торого соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, преобразователь время-код, выход которого соединен с вторым входом арифметического узла, задатчик постоянной, выход которого соединен с третьим входом арифметического узла, и цифровой индикатор, вход которого соединен с выходом арифметического узла, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым дифференциатором, вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, КА-триггером, К-вход которого соединен с выходом второго дифференциатора, а выход - с входом преобразователя время - код и с управляющим входом пикового детектора, вторым компаратором, вход которого соединен с выходом согласующего усилителя, и третьим дифференциатором, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход - с Б-входом КБ-триггера.Заказ 4617/45 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4