Устройство для контроля твердости

4323 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕОЪБ ЛИК 09) (1(51)4 С 01 М 3 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТОРСН олит наса(57) И ре ьно е и индикации, б ил. овано для авл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 954823, кл. С 01.М 3/40, 1981,Авторское свидетельство СССРФ 1337723, кл. С 01 И 3/40, 1986,РОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТВЕ ение относится к испытанике и может быть использмерения твердости матеИзобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения твердости материалов.Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и повьипение производительности за счет обеспечения воэможности различных перемещений индентора.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства и эпюры распределения амплитуд по оси пьезоэлектрического преобразователя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, расположение четырех групп внешних электродов вдоль направляющей цилиндра; на фиг. 3 - схема расположения на поверхности цилиндра и соединения (с помощью блока коммутации) внешних электродов для риала. Цель изобретения - расширениеэксплуатационных возможностей и повышение производительности за счетобеспечения возможности различныхперемещений индентора относительноповерхности исследуемого материала,Это достигаетея тем, что на внешнейповерхности пьезовозбудителя размещено 16 электродов. Блок управленияи индикации, управляя генератором иблоком коммутации, обеспечивает возбуждение колебаний индентора в двухвзаимно перпендикулярных плоскостях.Информация о колебаниях инденторапри соприкосновении с исследуемымматериалом регистрируется фазометроми сопоставляется с тарировочными ависимостями, заложеннымн в памя возбуждения и измерения поперечныхколебаний индентора по оси Х; на Фьфиг. 4 - то же, для колебаний по осиУ; на фиг. 5 - то же, для возбуждения и измерения крутильных колебаний интентора; на фиг. б - то же,Мдля возбуждения и измерения проЬЭдольных колебаний индентора. МУстройство содержит корпус 1,размещенные в нем с возможностью перемещения вдоль оси корпуса пьезоэлектрический преобразователь, выполненный в виде полого цилиндра 2из керамики с инденторм 3 на конце.Цилиндр 2 жестко прикреплен к направляющему цилиндру 4, который опирается на нижний фланец 5 корпуса 1.Для прижатия направляющего цилиндра4 к фланцу 5 служит пружина б. Внут з 143432 ренний электрод 7 соединен с корпусом 1 (заземлен). Внешние электроды разделены на четыре группы. Центральные точки групп равномерно (через 90 ) расположены, вдоль направ 5 ляющей цилиндра 2 на равных расстояниях от его оснований, Каждая группа состоит из четырех электродов 8-11, 12-15, 16-19, 20-23, симметрично рас" 1 О положенных относительно направляющей и образующей,проходяпщх центральную точку каждой группы. Внешние электроды 8-23 соединены с соответствую" щим регистрирующим входом блока 24 коммутации, который подключает их н соответствии со схемами на Фиг. 3-6 к первому выходу генератора 25 и первому входу фазометра 26. Второй вход фазоиетра 26 подключен к второ" му выходу генератора 25, а выход - к входу блока 27 управления и коммутации. Выходы блока 27 управления и коммутации соединены с управляющнж входами генератора 25 и блока 24 25 коммутации соответственно, .Устройство работает следующим образом.При определении твердости анизотропных материалов возбуждают попереч. ЗО ные колебаний по осям Х и У, так как твердость по разным направлениямс анин отропных материалов неодинакова.С блока 27 управления и индикации поступает сигнал, по которому блок 24 коммутации (для получения колебаний индентора 3 по оси Х) соединяет электроды 8, 9, 18, 19 и 10, 11, 16, 17 (фиг, 3) с симметричным выходом (с заземленной точкой) генератора 25 (эти электроды становятся возбуждающими), а электроды 12, 15, 20, 23, и 13, 14,. 21, 22 " с первым (симметричным) входом Фазометра 26 (эти электроды становятся измерительными).45 На управляющий вход генератора 25 также поступает соответствующий сигнал с блока 27 управления и индикации, по которому генератор 25 нырабатывает электрический сигнал на частоте, соответствующей первой Фор- ме поперечных колебаний по оси Х пьезокерамического цилиндра 2 (эпюра распределения амплитуд поперечФных колебаний по оси Х показана на Фиг. 1 а), т.е. реализуется обратный55 пьезоэффект, так как при подаче электрического напряжения на возбуждающие электроды возбуждаются ме-. 3ханические деформации пьезокерамического цилиндра 2, В измерительныхэлектродах возбуждается напряжение, пропорциональное механическим напряжениям н пьезокерамкческом цилиндре2 (реализуется прямой пьезоэФфект),От соотношения твердостей индентора 3 и контролируемой поверхности зависит сдвиг Фаз, отсчитываемый от значения Г(/2 (т,е. до соприкосноне" ния индентора к контролируемой поверхности) между напряЖением питания, задаваемым генератором 25 и сигналом, снимаемым с измерительных электродов, фиксируемый Фазометром 26.Твердость материала определяютпо построенной заранее экспериментальным путем и введенной н памятьблока 27 тарировочной зависимостиизменение Фазы - твердость материала. Для этого сигнал от фазометра26 поступает н блок 27, и послесравнения с тарировочной зависимостью определяют твердость материала,значение которой может быть введенона индикатор блока 27 (не показано).При определении твердости по нап-равлению оси У для получения поперечных колебаний по оси У (эпюра распределения амплитуд по оси У показана на Фиг. 1 б) возбуждающими электродами служат электроды 12, 13, 22,23 и 14, 15, 20, 2 1, соединенные блоком 24 коммутации с симметричнымвыходом генератора 25. Измерительными электродами становятся электроды8, 11, 16, 19 и 9, 10, 17, 18, которые соединяются с симметричным входом Фазометра 26 (Фиг, 4). Определение твердости осуществляется по тойже методике.При определении твердости тонкихлистовых материалов, тонких закаленных слоев возбуждаются крутильные колебания. Процесс работы устройствааналогичен, т.е. от блока 27 поступает соответствующий сигнал на блок24, который соединяет электроды 8,11, 19, 16 и 9, 10, 17, 18 с симметричным выходом генератора 25 (этиэлектроды становятся возбуждающими),Измерительными электродами служатэлектроды 13, 14, 21, 22 и 12, 15,20, 23, соединенные с симметричнымвходом Фазометра 26 (фиг, 5),Включают генератор 25 электрических колебаний и подают на возбуждающие электроды напряжение синусоидальФ ор мула Устройство для контроля твердости, содержащее корпус, размещенный в нем с возможностью перемещения вдоль его оси пьезоэлектрический преобразователь с индентором на конце, пружину нагрузки для взаимодействия с индентором и корпусом, генератор и регистратор, о т л и ч а ю" щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возмоностей и повышения производительности, оно снабжено блоком коммутации, сигнальный вход которого соединен с первым выходом генератора, и блоком управления и индикации, выходы которого соединены с управляющими входами генератора и блока коммутации соответственно, регистратор выполнен в виде фазометра, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора, второй - с информационным выходом блока коммутации, а выход - с входом блока управления и индикации, пьезоэлектрический преобразоваФ,тель выполнен в виде полого цилиндра из керамики с радиальной поляризацией, внутреннего электрода, соединенного с корпусом и расположенных равномерно вдоль направляющей и эквидис;антно основаниям цилиндра четырех групп внешних электродов, каждая из которых состоит из четырех электродов, симметрично расположенных относительно направлянюцей и образующей проходящих через центральную точку каждой из групп, каждый из внешних электродов соединен с соответствую" щим регистрирующим входом блока коммутации. 5 14343ной формы. В пьезокерамическом цилиндре 2 возбуждаются резонасныекрутильные колебания (эпюра распре- .деления амплитуд крутильных колебаний показана на фиг. 1 в). Возбужце 5ние крутильных колебаний происходитиз-за того, что каждая группа электродов образует два биморфных элемента, возбуждающих колебания в плоскос- Оти, касательной к составляющей цилиндра А-А, совпадающей с осью симметрии электродов,. параллельной осицилиндра. При этом пара верхнихэлектродов 8 и 9 образуют первыйбиморф, пара нижних 10 и 11 - нижнийбиморф, а фазы их колебаний смещенына 180 ф, т.е. они противофазны. Этодает форму изгиба сечения А-А, показанную на фнг. 1 в, т.е, крутильныеколебания вокруг оси Е цилиндра,Аналогичный процесс происходит в остальных возбуждающих электродах,т,е. пара верхних электродов 16 и 17образует первый биморф, пара нижних 25электродов 18 и 19 - нижний биморф.Сигнал, получаемый при помощи крутильных колебаний, снимается с измерительных эпектродов, соответственнообразуиицих два верхних биморфа30(электРоды 12, 13 и 20, 2) и дванижних биморфа (электроды 14, 15 и22, 23), Определение твердости контролируемого материала аналогично методике, описанной при возбуждении поперечных колебаний,При определении твердости материалов и изделий с высокой жесткостью во всех направлеюях в пьезокерамическом преобразователе возбужда 40ются продольные колебания. Определение твердости производят аналогично,т.е. от блока. 27 поступает соответствующий сигнал на блок 24, который соединяет электроды 8-11 и 16-19 с выходом генератора 25 (эти электроды45становятся возбуждающими). Измерительными электродами становятсяэлектроды 12-15 и 20-23, соединенныес входом фазометра 26 (фиг. 6).После включения генератора 25 иподачи на возбуждающие электроды 23 6напряжения синусоидальной формы в пьезокерамическом цилиндре 2 возбуждаются резонансные продольные колебания (эпюра распределения амплитуд продольных колебаний показана на фиг. 1 г). Определение твердости контролируемого материала аналогично методике, описанной при возбуждении поперечных колебаний. изобретения1434323 едакт опч каз 4 ираж 788 одписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, %-35, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 Составител Техред Л,0 А.Паникленкоийнык Корректор И,Муска