Твердомер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИЛ ЧИС МЧЕСКИХРЕСПУБЛИК(51)5 6 01 й 3/4 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИОСУДЛРСГВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Опытный завод экспериментального иэнергетического оборудования Научно-производственного обьединения "Энергия"(57) Изобретение относится к определениюмеханических характеристик материалов, в Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов и может быть использовано для определения широкого набора характери- стик твердости сталей и сплавов изделий практически любой формы и размеров в ла- бораторных и промышленных условиях.Известна конструкция ручного твердо- мера, содержащая корпус с опорной пятой, связанный пружиной с установленным на нем грибком. Внутри корпуса размещен шток с опорным кольцом. соединенный с грибком с помощью пружины.Внутри штока с опорным кольцом установлена каретка с индентором, связанная с грибком датчиком усилия.Недостатками этого технического решения являются ограниченные технологиче,ские возможности из-за одинаковой величины вдавливания, существенно ограничивающей диапазон измеряемой твердости, низкая точность измерения, т,к, известная конструкция не позволяет обес 50.1772682 А 1 частности к устроиствам для измерения твердости, Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения трения между кареткой и нажимным элементом. Ручной твердомер содержит корпус с опорной пятой и расположенные на нем грибок, шток с опорным кольцом, каретку с индентором, датчики усилия и глубины, соединенные между собой пружинами, причем каретка и шток с опорным кольцом выполнены из отдельных, чередующихся и непосредственно не связанных между собой секторов, имеющих на нажимном элементе общую поверхность скольжения, 4 ил,печить зависящее от оператора стабильное значение глубины вдавливания и не исклю-, Я чает влияния сил трения при перемещении индентора в опорном кольце на сигнал датчика усилия.веютНаиболее близким техническим реше- снием, выбранным в качестве прототипа, является ручной пресс для испытаний на ; р р твердость, содержащий корпус с опорной пятой, связанный 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 каретка с индентором, связанная с грибком пружиной. а со штоком с опорным кольцом датчиком глубины,Недостатками этого технического решения являются ограниченные технологические возможности из-за одинаковой . величины глубины вдавливания, существенно ограничивающей диапазон измеряемой твердости, низкая точность измерения, 1772682большой разброс результатов измерений зэсчет сил трения между опорным кольцом ииндентором, вилкой и цапфой,Целью изобретения является расширение технических возможностей устройстваи повышение точности измерений,Указанная цель достигается тем, что визвестном ручном прессе для испытаний натвердость в корпусе с пятой размещен нажимной элемент с установленным на немгрибком, подпружиненный в осевом направлении относительно корпуса с пятой.Внутри нажимного элемента с возможностью осевого перемещения размещен штокс опорным кольцом, подпружиненный относительно грибка, Коаксиально штоку с опорным кольцом установлена .каретка синдентором, подпрукиненная относительногрибка. с размещенными на ней датчикамиперемещения и нагрузки.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый ручнойтвердомер отличается тем, что, с целью исключения взаимного влияния сил трения(скольжения и покоя) на показания датчиковперемещения и нагрузки, измеряющих глубину внедрения индентора и нагрузку, приперемещении друг относительно друга каретки с индентором и штока с опорнымкольцом и повышение таким образом точности измерений, в штоке с опорным кольцомвыполнены продольные прорези. а в каретке с установленными на ней датчиками перемещения и нагрузки - радиальныевыступы, размещенные в прорезях штока,непосредственно не связанные с друг другом и контактирующие с нажимйым элементом по общей поверхности,Таким образом заявляемый твердомерсоответствует критерию изобретения "новизна".Сравнение заявляемого решения нетолько с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки,отличающие заявляемое решение от прототипачто позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения"существенные отличия".Работа прибора основана на фиксациитекущей глубины отпечатка и нагрузки с помощью высокоточной индукционной илитензометрической системы контроля микроперемещений и усилий.Ручной твердомер состоит из узла нагружения и электронного блока обработкирезультатов, выполненного в виде однокристальной ЭВМ, с последующим выводом результатов измерения на цифровойиндикатор прибора,Изобретение поясняется чертежами:Фиг, 1 - общий вид твердомера; фиг, 2- сечение АА; фиг. 3 - сечение Б-Б; фиг. 4- структурная схема электронного блока;5 фиг. 5-диаграмма вдавливания в координатах "глубина-нагрузка"; фиг, б - схема определения величины значения глубинывдавливания индентора,Узел нэгружения содержит корпус 1 с10 опорной пятой 2, устанавливаемой на исследуемую поверхность.В корпусе 1, с возможностью осевогоперемещения, размещен нажимной элемент 4 с установленным на нем грибком 2515 и подпружиненный относительно корпуса 1.Внутри нажимного элемента установленшток 9 с опорным кольцом 10. Коаксиальноштоку с опорным кольцом установлена каретка 6 с датчиками нагрузки 7 и перемеще 20 ния 8. При этом в штоке 9 выполненыпродольные прорези 11, в которые входятрадиальные выступы 12 каретки б. Шток 9 икаретка 6 имеют общую с нажимным элементом 4 поверхность 13,25 На штоке 14 датчлка нагрузки закреплен индентор 15 и ограничитель перемещения 1 б, Шток датчика перемещения 8 связансо штоком 9 посредством перемычки 18. Каретка б подпружинена относительно грибка30 25 пружиной 19, предназначенной для создания предварительной и измерительнойнагрузки, э шток 9 подпружинен относительно грибка 25 пружиной 20, предназначенной для устранения возможных зазоров35 в цепи измерения глубины вдавливания индентора и для расширения диапазона измерений датчика перемещений 8 путемиспользования его" положительной "и "отрицательной" областей. На каретке б и нажим 40 ном элементе 4 выполнены буртики 21 и 22,поедназначенные для ограничения из перемещений в корпусе 1. Нажимной элемент 4 имев также буртик 23.Между буртиком 23 и торцом 24 корпуса 45 1 в исходном положении грибка 25 образуется зазор 5, определяющий максимальнуювеличину усилия на инденторе, зависящуюот технических возможностей датчика нагрузки 7,50, Предлагаемый ручной твердомер работает следующим образом, Охватывают рукой корпус 1, Прижимают опорную пяту 2 кисследуемой поверхности 3. Нажимают на грибок 25 и перемещают нажимной элемент55 4 в сторону исследуемой поверхности 3, Приэтом сжимается пружина 5, Под действием пружины 19 и 20 вместе с нажимным элементом 4 перемещаются шток 9 и входящая е него с зазорами 11 каретка б по общей с нажимным элементом 4 поверхности 13.510 15 20 25 40 45 50 55 В момент касания опорным кольцом 10 исследуемой поверхности 3 шток 9 останавливается и через перемычку 18 воздействует на шток 17 датчика перемещения 8, который выдает сигнал о величине пере;ещения 1 каретки 6 относительно опорного кольца .10, причем исходный зазср между торцем опорного кольца 10 и вершиной индентора 15 характеризуется величиной 2, При дальнейшем движении каретки 6 индентор 15 внедряется 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 перемещения 3 штока 14 датчика нагрузки 7.Процесс внедрения заканчивается, когда буртик 23 нажимного элемента 4 упрется в торец 24 корпуса 1,При достижении заданной величины предварительного нггружения,обеспечиваемой начальной деформацией пружины 19, буртик 22 отходит от нажимного элемента 4,Значения Л 1, Л 2, ЛЗ, Р поступают в электронный блок обработки результатов, который преобразует механическое перемещение каретки 6 относительно опорного кольца 10, фиксируемое датчиком перемещения 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 измеряемого материала (см. фиг, 4). В. постоянно запоминающее устройство ПЗУ) электронного блока "зашивается" программа математической обработки электрических сигналов с датчиков перемещения и нагрузки.В процессе нагружения, начиная с момента касания вершины индентора исследуемой поверхности происходит непрерывное считывание электрических сигналов с датчиков 7 и 8 в режиме реального времени.Отмоделированный и усиленный сигнал с датчиков поступает в двухканальный ана;, лого-цифровой преобразователь "АЦП" с разрядностью не менее 10, где превращается в последовательность импульсов соответствующих пропорциональным электрическим сигналам с датчиков 7 и 8. Отцифрованный сигнал с АЦП поступает в микро-ЭВМ, где происходит преобразование кодированных сигналов по программе, хранящейся в ПЗУ, Эта программа предназначена для математической обработки диаграммы вдавливания в координатах: глубина вдавливания Ь - нагрузка на индентор Р(см. фиг, 5). Причем, величина глубины вдавливаниявычисляется по формуле; Ь = 1( Л 1 - Л 2 - Л 3),где - коэффициент, учитывающий деформации составных частей твердомера;Л 1 - величина перемещения каретки 6 относительно опорного кольца 10;Л 2 - величина исходного зазора между торцем опорного кольца 10 и вершиной инденторэ 15;ЬЗ - величина перемещения штока 14 датчика нагрузки 7 (см. фиг. 6). При обработке диаграммы вдавливания использу,от только участок 1-2-3; участок 0-1 до нагрузки Р (около 1 кг) и соответствующий глубине вдавливания отбрасывается, т.к, несет искаженную информацию о процессе вдавливания, обусловленную: влиянием трения индентора об исследуемый материал, шероховатостью и локальным налоном поверхности материала относительно оси индентора.Из обработанной таким образом диаграммы вдавливания получают значения итоговой нагрузки Р = (Р - Р 1) и глубины вдавливания, соответствующей этой нагрузке Ь =. Ь - й 1), при этом в расчет идет глубина Ь, соответствующая итоговому времени выдержки под нагрузкой Р и выбираемая в соответствии с типом материала(так для сталей с = 35 сек; для меди 1015 сек и т.д.). Значения Р и и подставляются в формулу для расчета величины твердости Н; Н = К АР/К где 1 - коэффициент формы инденторэ. После окончания измерения снимают нагрузку с грибка 25 и под действием пру жин составные части твердомера возвращаются в исходное положение.Твердомер позволяет унифицировать процесс измерения и получить при одном цикле нагружения все стандартные значения твердости по Виккерсу НУ, БринеллюНВ, Роквеллу НЙСОдновременно в памяти прибора может храниться до 100 текущих значений твердости с возможностью их последующей распечатки,Применение предлагаемой конструкции позволяет расширить технологические воэможности и повысить точность измерений, исключая разброс результатов измерений, т.к. позволяет обеспечить стабильные значения глубины вдавливания и исключает влияние сил трения, при перемещении каретки с индентором относительно штока сопорным кольцом, на показания датчиковперемещения и усилия,Предлагаемое изобретение предполагается использовать для экспресс - анализа твердости деталей различной формы и размеров из широкого спектра марок сталей и сплавов, в лабораторных и промышленных условиях,Ориентировочный срок внедрения - Ч квартал 1991 годаВеличину экономического эффекта на данном этапе оценить не представляется возможным. Формула изобретенияТвердомер, содержащий корпус с опорной пятой, размещенный на нем грибок, установленные в корпусе коаксиально друг 5 другу шток с опорным кольцом, каретку с индентором и подпружиненный относительно корпуса в осевом направлении нажимной элемент и связанные с кареткой датчик усилия и с штоком датчик перемеще ния,отличающийся тем,что,с целью повышения точности, в штоке выполнены продольные прорези, а в каретке - радиальные выступы, размещенные в прорезях и контактирующие с нажимным элементом.1772682 Составитель М.БакировТехред М.Моргентал орректор Н.Тупиц дакто оизводственно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул.Гагарина, 101 з 3840 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5