Переносний електронний динамічний твердомір

Винахід належить до випробувальної техніки і може бути використаний для вимірювання твердості матеріалів, таких як метали, а також для вимірювання твердості матеріалів не металічного походження з високими пружними властивостями, наприклад гуми. Для оперативного вимірювання твердості, особливо у важкодоступних місцях, застосовують переносні електронні динамічні твердоміри, які засновані на принципі визначення відносили швидкостей удару і відскоку індентора, перетвореного електронним блоком в умовну одиницю твердості. Так. наприклад, відомий переносний електронний динамічний твердомір системи EQUOTIP, вироблений швейцарською фірмою «PROCEQ» SA. [Прибор для измерения твердосте металлов EQUOTIP, PROCEQ SA, ZURICH, SWITZERL AND, 1992, Инструкция по эксплуатации]. Твердомір містить датчик у вигляді корпуса, розміщений у каналі корпуса ударний механізм, а також рухомий індентор у вигляді ударного човника з кулькою, закріпленою на його кінці. Тип кріплення кульки в зазначеній Інструкції не відбитий. Найбільш близьким по технічній сутності і результатові, що досягається, (прототипом) є переносної електронний динамічний твердомір [RU 2041458, 1995, 6G01N3/48], що містить датчик у вигляді корпуса, розміщений у каналі корпуса ударний механізм із багатопелюстковою цангою, а також рухомий індентор, який має на кінці пристрій для кріплення кульки та включає знімну обойму*, що фіксує усічену кульку торцевою стінкою стосовно торцевої поверхні базової несучої деталі. Фіксація кульки знімною обоймою здійснюється в спеціальному гнізді останньої по сферичній ділянці, висота хорди дуги о хоплення якого відповідає товщині торцевої стінки знімної обойми. Істотною особливістю роботи твердоміра приведеного типу є характер взаємодії кульки індентора з випробовуваним матеріалом при ударі. При ударі в зоні зіткнення кульки з випробовуваним матеріалом відбувається контактна деформація тіл, що стикаються. При більшому діаметрі кульки величина деформації збільшується; оскільки збільшується кінетична енергія в зоні контакту сферичної частини кульки, що стикається з матеріалом випробовуваного виробу, особливо при вимірюванні твердості пружних матеріалів, наприклад гуми. Взаємодія кульки з такими матеріалами викликає додаткові труднощі у зв'язку з високою пружністю останніх, малими розмірами і вильотом кульки, а також небезпекою зіткнення конструктивних елементів пристрою для кріплення кульки з поверхнею випробовуваного матеріалу. При ударі, наприклад по гумі, кулька проходить далеко всередину матеріалу разом із торцевою поверхнею знімної обойми, виникаючий контакт торцевої частини пристрою для кріплення кульки призводить до викривлення показань, які реєструються. У зв'язку з цим завданням даного винаходу є розробка такої конструкції твердоміра, у якій шляхом урахування характеру взаємодії кульки з випробовуваним матеріалом поліпшується динаміка удару при випробуванні матеріалів із різними пружними властивостями, то приводить до зменшення втрат енергії при контактних деформаціях, а також підвищенню точності вимірювань. Для вирішення поставленого завдання у відомій конструкції переносного електронного динамічного твердоміра, що містить датчик у вигляді корпуса, ударний механізм із багатопелюстковою цангою, а також рухомий індентор, що має на кінці пристрій для кріплення кульки, який включає знімну обойму, що фіксує торцевою стінкою усічену кульку, яка сполучається площиною з торцевою поверхнею базової несучої деталі, відповідно до винаходу, - пристрій для кріплення кульки виконано з урахуванням наступних параметрів: вильоту кульки над торцевою поверхнею знімної обойми Η = 0,3 - 0,595мм; діаметра кульки D = 2,0 - 3,5мм; d1 коефіцієнта динамічного впливу на випробовуваний матеріал К д.в = H = 3,26 - 3,5. де d1 - максимальний діаметр вильоту сферичної частини кульки. Причинно-наслідковий зв'язок між новою сукупністю ознак і технічним результатом полягає в наступному: а) оптимальний виліт кульки над торцевою поверхнею знімної обойми Η установлений розрахунковоекспериментальним шляхом і враховує пружні властивості випробовуваних матеріалів; б) величина коефіцієнта динамічного впливу на випробовуваний матеріал визначає площу й обсяг деформування при ударі кулькою по випробовуваному матеріалу без зіткнення торцевої поверхні знімної обойми з матеріалом, що деформується при випробуваннях: в) зазначені вище два параметри тісно зв'язані з оптимальними величинами діаметра кульки D і спільно визначають динаміку удар у при ви пробування.χ матеріалів із ріши ми пружними властивостями. Пропоновані інтервали параметрів установлені на основі розрахунково-експериментальних досліджень і вихід за граничні умови приводить до погіршення технічного результату. Так, наприклад, при збільшенні діаметра кульки більш 3,5мм, особливо при випробуваннях в'язких матеріалів, відбувається зчеплення кульки з частками матеріалу, що затримує відскік індентора при ударі і знижує точність показань. Зменшення діаметра кульки менш за 2мм утрудняє його кріплення в знімний обоймі, оскільки відносно малий діаметр кульки постійно вимагає рішення двох проблем: забезпечення необхідного вильоту кульки над торцевою поверхнею знімної обойми і надійного закріплення на малій дузі охоплення цією поверхнею. Найбільш кращим конструктивним виконанням пропонованого твердоміра з урахуванням приведених вище параметрів, їхніх значень і співвідношень є виконання торцевої стінки знімної обойми в поперечному перерізі у вигляді кільцевого бруса рівного опору вигинові. основа якого утворена торцевою частиною знімної обойми, а вільний кінець сполучений зі сферичною поверхнею кульки з фіксацією останньої в знімній обоймі. Пропоноване виконання пристрою для кріплення кульки дозволяє забезпечити фіксацію кульки на малих дуга х о хоплення сферичної поверхні за рахунок зниження пружної піддатливості фіксуючих елементів самої знімної обойми без установлення додаткових кріпильних елементів. Оптимальна форма виконання кільцевого бруса - сполучення зовнішньої торцевої поверхні бруса із зовнішньою поверхнею торцевої стінки знімної обойми й наявність внутрішньої поверхні, похилої до подовжньої осі знімної обойми. Причому похила поверхня узята під кутом 55-65° до подовжньої осі знімної обойми, а мінімальна товщина бруса прийнята в співвідношенні з максимальною товщиною як 1:(2-2,5), оскільки таке співвідношення забезпечує необхідну твердість і гнучкість бруса при закріпленні кульки. Крім цього, пропонований вище взаємозв'язок елементів кільцевого бруса дозволяє відсунути торцеву поверхню знімної обойми від поверхні випробовуваного матеріалу і, тим самим, зменшити ймовірність її зіткнення із зазначеною поверхнею при ударі кулькою під час виміру твердості. Додатковий технічний результат - збільшення зусилля затиснення кульки в обоймі - досягається при виконанні знімної обойми з високопластичної сталі, наприклад, що не іржавіє. У цьому випадку при збільшенні зусилля затиснення на знімній обоймі відбувається пластична деформація зони контакту кільцевого бруса зі сферичною поверхнею кульки, що приводить до зчеплення часток металу кільцевого бруса з частками металу кульки. Пропонований винахід пояснюється кресленням, на якому представлені: На Фіг.1 загальний вид переносного електронного динамічного твердоміра, то заявляється, в поздовжньому розрізі; Фіг.2 · винесений елемент А на Фіг.1, на якому представлений індентор пропонованого твердоміра (масштаб збільшений); Фіг.3 - винесений елемент Б на Фіг.2, на якому представлений пристрій для кріплення кульки з незафіксованою кулькою (масштаб збільшений); Фіг.4 винесений елемент Б на Фіг.2, на якому представлений пристрій для кріплення кульки з зафіксованою кулькою (масштаб збільшений); Фіг.5 - винесений елемент Д на Фіг.4 на якому представлений пристрій для кріплення кульки (масштаб збільшений) з указівкою параметрів його виконання. Пропонований твердомір має наступну конструкцію. Переносний електронний динамічний твердомір містить датчик у вигляді трубчастого корпуса 1 (Фіг.1), ударний механізм 2, що складається з корпуса 3, у якому розташований підтиснутий пружиною 4 шток 5, який утримується кнопкою 6 і необхідний для розсовування пелюстків багатопелюсткової цанги 7. На корпусі 3 ударного механізму 2 установлена пружина стиску 8, необхідна для подовжнього переміщення індентора 9, що включає базову несучу деталь, виконану у вигляді центрального подовжнього стержня 10, у передній частині якого, зверненій убік вимірюваного об'єкта, закріплена за допомогою нарізного сполучення 11 знімна обойма 12. Усередині центрального подовжнього стержня 10 установлений постійний магніт 13, закріплений за допомогою бонки 14. Індентор 9 мас можливість переміщення усередині каналу 15 трубчастого корпуса. На трубчастому корпусі 1 розміщена індукційна котушка 16, у якій постійним магнітом 14 збуджується сигнал, що подається на електронний блок 17. Пристрій для кріплення кульки 18 включає знімну обойму 12, що фіксує усічену кульку 19 за допомогою торцевої стінки, виконаної в поперечному перерізі у вигляді кільцевого бруса 20 рівного опору вигинові, основа 21 якого (Фіг.5) утворена торцевою частиною знімної обойми товщиною S2, а вільний кінець 23 товщиною S1 сполучений зі сферичною поверхнею 24 кульки І 9, що сполучається площиною 25 з торцевою поверхнею 26 центрального подовжнього стержня 10, здійснюючи фіксацію кульки 19 у знімний обоймі 12. Кільцевий брус 20 рівного опору вигину має зовнішню поверхню 27 (Фіг.4), сполучену з зовнішньою поверхнею торцевої стінки знімної обойми 12, і внутрішню поверхню 28, похилу до подовжньої осі 29 знімної обойми 12. Внутрішня похила поверхня 28 узята під кутом а від 55° до 65° до подовжньої осі 29 знімної обойми 12. Кільцевий брус 20 рівного опору вигину викопаний зі співвідношенням товщин: мінімальна товщина S1 узята в співвідношенні з максимальною товщиною S2 як 1 : (2-2,5.). Знімна обойма може бути виконана зі сталі з більш високим показником пружності, наприклад, конструкційної легованої або з більш пластичної, в'язкої сталі, наприклад, що не іржавіє. Пристрій для кріплення кульки 18 (Фіг.6, 7) виконано з урахуванням наступних параметрів (див. додаток А): вильоту кульки над торцевою поверхнею знімної обойми Η = 0,3 - 0,595мм; діаметра кульки D = 2,0 - 3,5мм; d1 коефіцієнта динамічного впливу на випробовуваний матеріал Кд.в = H = 3,26 - 3,5. де d1 - максимальний діаметр вильоту сферичної частини кульки. Нижче приведені приклади конкретних параметрів по виконанню пристрою для кріплення кульки і результати випробувань твердомірів, виконаних по цих параметрах. Таблиця 1 Номер прикладу Н, мм 1 2 3 4 5 6 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 d1 Кд.в.= H 3,75 3,50 3,37 3,32 3,26 3,23 D, мм Результати випробувань 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Негативний Позитивний Позитивний Позитивний Позитивний Негативний Переносний електронний динамічний твердомір працює в такий спосіб. Датчик підготовляють для вимірювання твердості матеріалу за допомогою подовжнього переміщення індентора 9 до зачеплення останньою бонкою 14 за пелюстки цанги 7. При ньому індентор 9 стискає пружину стиску 8, після чого датчик готовий до вимірювання твердості. Потім датчик установлюють торцевою поверхнею 30 опорного кільця 31 на поверхню вимірюваного виробу і натискають кнопку 6 до упора. Відбувається переміщення штока 5, що розтискає пелюстки цанги 7. Пружина стиску 8 переміщає індентор 9 ч усіченою кулькою 19, що робить удар по поверхні виробу Після удару індентор 9 з усіченою кулькою 19 відскакує. При переміщенні індентора 9 для удару і наступною його відскоку після удару котушка 16 під впливом постійного магніту 14 видає сигнал в електронний блок 17, у якому відбувається перетворення сигналу і видача показань на цифровий індикатор, за показниками якого судять про величину обмірюваної твердості. Пристрій для кріплення кульки працює в такий спосіб. Перед закріпленням кулька 19 вільно розташовується в знімний обоймі 12, спираючи площиною 25 на торцеву поверхню 26 центрального подовжнього стержня 10 (Фіг.3). При закріпленні кульки 19 нагвинчують знімну обойму 12 на передню частину центрального подовжнього стержня 10 у напрямку, указаному стрілкою на Фіг.4. При переміщенні знімної обойми відбувається упор вільного кінця 23 кільцевого бруса 22 рівного опору вигинові у сферичну поверхню 24 кульки 19 і затиснення його в знімний обоймі 12 з упором усіченою площиною 25 у торцеву поверхню 26 центрального подовжнього стержня 10 (Фіг.5, 4). При затисненні кульки 19 знімною обоймою 12, виконаною і пластичного матеріалу, із кільцевим брусом 20 рівного опору вигинові, збільшують з усилля затягування до пластичного деформування контактної зони вільного кінця 23 по довжині охоплення сферичної поверхні 24 кульки 19. Пропонований переносний електронний динамічний твердомір пройшов успішно дослідно-промислові випробування. Результати випробувань показали високу точність вимірювань при випробуваннях матеріалів із різним ступенем пружності та в'язкості. ("Свидетельство о метрологической аттестации" №174 от 5.08.2002г. додається).