Пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу до установки для механічних випробувань зразків матеріалів

Реферат: Пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу до установки для механічних випробувань зразків матеріалів включає прилад для вимірювання значень твердості і станину, виконану у вигляді розташованої горизонтально рамки, на якій встановлені послідовно на двох напрямних три поперечини з опорним столиком для розміщування на ньому закріпленого у навантажувальних тягах установки зразка матеріалу, вимірювальна головка і штовхач. Середня поперечина, що несе вимірювальну головку, встановлена з можливістю поступального переміщення у напрямку опорного столика під дією пружин стиснення, встановлених на напрямних. Станина пристрою забезпечена компенсатором його ваги з пристосуванням для його закріплення на рухомій по колонах траверсі установки для механічних випробувань зразків матеріалів. На двох напрямних приладу для вимірювання значень твердості зі сторони опорного столика закріплена четверта поперечина з пневмоциліндром, шток якого несе вилку, встановлену з можливістю контактування з середньою поперечиною. Пристосування для закріплення компенсатора ваги пристрою виконане у вигляді кільцеподібної поворотної платформи, вісь якої співпадає з віссю навантажувальних тяг установки. UA 111050 U (12) UA 111050 U UA 111050 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до випробувальної техніки, зокрема до пристроїв для випробування зразків матеріалів на твердість одночасно з їх осьовим навантаженням або навантаженням внутрішнім тиском робочого середовища трубчастих зразків. Відомі пристрої для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу, що містять станину, вимірювальну головку, штовхач для переміщення індентора вимірювальної головки до зразка матеріалу, що підлягає випробуванням, і опору для розміщення зразка [В.С. Золоторевский Механические испытания и свойства металлов М.: Металлургия, 1974. - С. 221239]. Пристрої подібного типу дозволили підвищити точність вимірювання твердості шляхом забезпечення незмінності орієнтації головки щодо зразка, що досягається шляхом затиснення його між опорою і вимірювальною головкою. Проте ці пристрої настільного типу, їх складно використовувати для проведення випробувань матеріалу на твердість в процесі деформації вертикально розташованого зразка матеріалу на установці, що призначена для стандартних механічних випробувань матеріалу. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованої корисної моделі є пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу під час навантаження на випробувальній установці, що має станину, яка виконана у вигляді розташованої горизонтально рамки, що включає встановлені послідовно на двох напрямних три поперечини, на яких розміщені опорний столик для зразка матеріалу, вимірювальна головка і штовхач, що є штоком пневмоциліндра, причому середня поперечина, що несе вимірювальну головку, встановлена з можливістю переміщення по напрямних у напрямку опорного столика під дією пружин стиснення, що розміщені на напрямних, а станина забезпечена компенсатором ваги пристрою, який встановлено на установці, що призначена для стандартних механічних випробувань матеріалу [Пат. 42162 Україна, МПК (2009) G01N3/00, G01N3/40. Пристрій для випробування матеріалу на твердість/ [Текст] // А.О. Лебедев, М.Р. Музика, В.П. Швець; заявник і патентовласник ІПМіц. імені Г.С. Писаренка НАН України. - № u200900600; заяв. 27.01.2009; опубл. 25.06.2009. - Бюл. № 12. - 6 с]. Відомий пристрій дозволяє проводити випробування вертикально розташованого на випробувальній установці зразка матеріалу на твердість як у початковому стані, так і під навантаженням в процесі його деформування при різних, рівнях напружень із забезпеченням необхідної точності проведення вимірювань твердості. Недоліком пристрою є складність дотримання вимог правил безпеки проведення випробувань. Так, при проведенні випробувань зразків внутрішнім тиском робочого середовища, наприклад трубчастих зразків, які виготовлені з крихких матеріалів, таких як скло, кераміка, чавуни, деякі пластмаси та ін., момент наступу руйнування таких зразків важко спрогнозувати, їх руйнування відбувається раптово і носить осколковий характер, що є небезпечним для персоналу внаслідок можливого травмування. Одним з основних факторів, що впливають на точність вимірювання твердості, є чистота поверхні зразка, яка згідно з ДСТУ ІСО 6507-1:2007 "Матеріали металеві. Визначення твердості за Віккерсом. Частина 1. Метод випробування (ISO 6507-1:2005,IDT)» повинна мати шорсткість не більше 0,16 мкм по ГОСТ 2789-73 "Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. (Шорсткість поверхні. Параметри і характеристики)». Проте, для відомого приладу характерні труднощі при його переустановленні у нову зону на зразку для проведення вимірювання значень твердості. Так, щоб не пошкодити вимірювану поверхню за рахунок тертя елементів приладу об поверхню зразка під час переустановлення, яке здійснюється вручну шляхом повороту пристрою навколо зразка, чи при переустановлені пристрою на новий рівень вздовж зразка, необхідно звільнити зразок від затиснення шляхом відтискання пружин стиснення. Однак, це не гарантує неушкодженості поверхні зразка, а саме переустановлення приладу вручну істотно ускладнює проведення масових вимірювань твердості зразка матеріалу, що необхідно для статистичної обробки результатів вимірювання значень твердості. Таким чином, відомі з патентної і науково-технічної літератури технічні рішення, що призначені для проведення масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу, не забезпечують потрібної безпеки проведення випробування зразка під час навантаження на випробувальній установці, вони малопродуктивні, а також не забезпечують запобігання поверхні зразка від механічних пошкоджень при переналагоджені положення вимірювального приладу. В основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого приладу, який би забезпечив потрібну безпеку проведення випробування зразків матеріалу внутрішнім тиском робочого середовища і одночасно дозволив би підвищити достовірність масових вимірювань значень твердості за рахунок збереження заданої якості поверхні зразка при перестановці 1 UA 111050 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимірювального приладу на нове місце на поверхні зразка матеріалу з метою виконання чергового вимірювання значення твердості і підвищить продуктивність праці. Вказаний технічний результат досягається завдяки тому, що пропонований пристрій, як і відомий пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу до установки для механічних випробувань зразків матеріалів, включає прилад для вимірювання значень твердості і станину, виконану у вигляді розташованої горизонтально рамки, на якій встановлені послідовно на двох напрямних три поперечини з опорним столиком для розміщування на ньому закріпленого у навантажувальних тягах установки зразка матеріалу, вимірювальна головка і штовхач, при цьому середня поперечина, що несе вимірювальну головку, встановлена з можливістю поступального переміщення у напрямку опорного столика під дією пружин стиснення, встановлених на напрямних, а станина пристрою забезпечена компенсатором його ваги з пристосуванням для його закріплення на рухомій по колонам траверсі установки для механічних випробувань зразків матеріалів, а, відповідно до пропонованої корисної моделі, на двох напрямних приладу для вимірювання значень твердості зі сторони опорного столика закріплена четверта поперечина з пневмоциліндром, шток якого несе вилку, встановлену з можливістю контактування з середньою поперечиною, а пристосування для закріплення компенсатора ваги пристрою виконане у вигляді кільцеподібної поворотної платформи, вісь якої співпадає з віссю навантажувальних тяг установки. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється за допомогою графічних матеріалів, де на Фіг. 1 схематично показано пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу під час навантаження на установці, що призначена для стандартних механічних випробувань матеріалу, а на Фіг. 2 - переріз по А-А на Фіг. 1. Пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу під час навантаження (Фіг. 1) включає прилад 1 для вимірювання значень твердості зразка 2 матеріалу, компенсатор 3 ваги приладу 1, виконаний у вигляді пластини, що призначена для спирання приладу і несе пружний елемент 4, що складається з декілька пружин стиснення, рівномірно розміщених за площею пластини. Сила пружного елемента 4 при його робочій деформації дорівнює вазі приладу. Компенсатор 3 ваги пристрою розміщено на кільцеподібній поворотній платформі 5, що встановлена концентрично відносно поздовжній осі зразка 2 матеріалу і закріплена на горизонтально орієнтованій рухомій траверзі 6, яка встановлена з можливістю переміщення вздовж зразка по колонах 7 і 8 випробувальної установки 9. Прилад для вимірювання значень твердості зразка матеріалу (Фіг. 2) має станину, виконану у вигляді розташованої горизонтально рамки, що включає встановлені на двох напрямних 10 і 11 чотири поперечини - три з яких 12, 13 і 14 закріплені на напрямних нерухомо, а четверта 15 несе на собі вимірювальну головку 16 з індентором 17 і має можливість переміщатися по напрямних 10 і 11 під дією пружин стиснення 18 і 19. На поперечині 12 встановлено опорний столик 20, призначений для розміщення зразка 2 матеріалу, а на поперечинах 13 і 14 закріплені пневмоциліндри 21 і 22. Шток пневмоциліндра 21 виконано у вигляді штовхача 23, а шток пневмоциліндра 22 несе вилку 25, яка встановлена з можливістю контактування з середньою поперечиною 15. Пневмоциліндри 21 і 22 через штуцера 26 і 27 сполучені шлангом з балоном із стиснутим повітрям (на кресленнях не показані), а їх штоки забезпечені пружинами 28 і 29 зворотної дії. Пристрій працює наступним чином. Із балона стиснене повітря подається через штуцер 27 у порожнину пнемоциліндра 22, шток 24 якого своєю вилкою 25 переміщує поперечину, завдяки чому звільняється місце для розташування зразка 2. Зразок 2, що підлягає випробуванням на твердість, наприклад трубчастий, закріплюється в випробувальній установці 9. Шляхом переміщення рухомої траверси 6 по колонах 7 і 8 установки робоча частина зразка 2 матеріалу розташовується між опорним столиком 20 і вимірювальною головкою 16. При цьому прилад знаходиться у „зваженому" стані завдяки компенсатору 3 ваги приладу. Оскільки вага приладу компенсується силою пружних елементів 4, то у момент затискання зразка під дією зусилля пружин стиснення 18 і 19, прилад займає таке положення, при якому вимірювальна головка розміщується перпендикулярно до поверхні зразка, тобто здійснюється самовстановлення приладу. Зразок навантажується до заданого рівня деформації. Подача повітря в пневмоциліндр 22 припиняється. Під дією пружин стиснення 18 і 19 зразок 2 затискається між опорним столиком 20 і вимірювальною головкою 16. Далі стиснуте повітря з балона подається через штуцер 20 у пневмоциліндр 21, приводячи в рух штовхач 23, в результаті чого з поверхнею зразка контактує індентор 17, за величиною переміщення якого, визначається твердість матеріалу. При виконанні серії вимірювань значень твердості, необхідних для проведення статистичної обробки результатів вимірювань, такі вимірювання проводяться в одному перерізі по периметру зразка. 2 UA 111050 U 5 10 15 20 25 Для цього після кожного впровадження індентора 17 в зразок 2 останній, за допомогою пневмоциліндра 22, звільняється від затиснення, включається привід поворотної платформи 5 і прилад обертається на заданий кут навколо осі зразка. Далі проводиться навантаження зразка до наступного рівня деформації. Включається привід переміщення рухомої траверси 6, завдяки чому прилад зміщується у вертикальному напрямку, що забезпечує можливість переходу на інший переріз зразка і виконання наступної серії вимірювань твердості. Якщо в результаті деформації зразка відбудеться зміна його геометричних розмірів, то під дією пружин стиснення 18 і 19 і за допомогою компенсатора ваги приладу, відбудеться самостійна установка приладу для вимірювання значень твердості, внаслідок чого вимірювальна головка 16, буде орієнтована ортогонально до нової поверхні зразка. У разі проведення випробувань зразків внутрішнім тиском робочого середовища безпека персоналу при руйнуванні зразка матеріалу забезпечується за рахунок можливості дистанційно виконувати переустановлення вимірювального приладу у нове положення відносно зразка. Таким чином, запропонований пристрій забезпечує безпеку проведення випробувань зразків матеріалу внутрішнім тиском робочого середовища, підвищує достовірність масових вимірювань значень твердості за рахунок забезпечення збереження заданої якості поверхні зразка під час переустановлення вимірювального приладу у нову зону зразка матеріалу для виконання чергового вимірювання твердості і підвищує продуктивність праці. Джерела інформації: 1. B.C. Золоторевский. Механические испытания и свойства металлов М.: Металлургия, 1974. - С. 221-239. 2. Пат. 42162 Україна, МПК (2009) G01N3/00, G01N3/40. Пристрій для випробування матеріалу на твердість/ [Текст] // А.О. Лебедев, М.Р. Музика, В.П. Швець; заявник і патентовласник ІПМіц. імені Г.С. Писаренка НАН України. - № u200900600; заяв. 27.01.2009; опубл. 25.06.2009 - Бюл. № 12. - 6 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Пристрій для виконання масових вимірювань значень твердості зразка матеріалу до установки для механічних випробувань зразків матеріалів, що включає прилад для вимірювання значень твердості і станину, виконану у вигляді розташованої горизонтально рамки, на якій встановлені послідовно на двох напрямних три поперечини з опорним столиком для розміщування на ньому закріпленого у навантажувальних тягах установки зразка матеріалу, вимірювальна головка і штовхач, при цьому середня поперечина, що несе вимірювальну головку, встановлена з можливістю поступального переміщення у напрямку опорного столика під дією пружин стиснення, встановлених на напрямних, а станина пристрою забезпечена компенсатором його ваги з пристосуванням для його закріплення на рухомій по колонах траверсі установки для механічних випробувань зразків матеріалів, який відрізняється тим, що на двох напрямних приладу для вимірювання значень твердості зі сторони опорного столика закріплена четверта поперечина з пневмоциліндром, шток якого несе вилку, встановлену з можливістю контактування з середньою поперечиною, а пристосування для закріплення компенсатора ваги пристрою виконане у вигляді кільцеподібної поворотної платформи, вісь якої співпадає з віссю навантажувальних тяг установки. 3 UA 111050 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4