УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к исследованию материалов путем определения их физических свойств, а именно к измерению твердости, и может быть использовано для измерения твердости внутренних поверхностей деталей.

Известно устройство для контроля твердости изделий, содержащее резонансный электроакустический стержневой преобразователь, соединенный с одной стороны с контактным наконечником, а с другой с механизмом нагружения, устройство возбуждения колебаний в электроакустическом преобразователе, блок измерения частоты (патент США N 3153338, 1961).

Недостатком известного устройства являются относительно большие габариты его длина и диаметр, которые ограничивают применение контроля внутренних поверхностей (внутри изделий). Уменьшение длины связано с уменьшением чувствительности преобразователя и, следовательно, с ростом погрешности измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения твердости, содержащее резонатор в виде полого цилиндра с индентором на конце, устройство для возбуждения и регистрации колебаний, блок нагружения (заявка N 4618468, 1989).

Применение полого цилиндра в качестве резонатора повышает чувствительность и позволяет уменьшить длину преобразователя.

Известное устройство работает следующим образом. К образцу прижимают с известной силой с помощью устройства нагружения индентор преобразователя. В преобразователе возбуждают на резонансной частоте колебания, измеряют их частоту и по ней судят о твердости материала.

Недостатком устройства являются относительно большие габариты преобразователя. При уменьшении длины стержня быстро убывает чувствительность (повышается жесткость стержня), и при некоторой длине его применение невозможно. Для известных конструкций длина преобразователя ограничивает контроль твердости внутренних поверхностей размером порядка 100 мм.

Задачей изобретения является расширение области применения электроакустических измерителей твердости и упрощение их конструкции.

Для этого в известном устройстве для измерения твердости внутренних поверхностей, содержащем блок нагружения с индентором, блок возбуждения и регистрации колебаний с резонатором, согласно изобретению резонатор выполнен в виде калиброванной пружины. При этом пружина выполнена в виде спирали Архимеда, а блок нагружения в виде толкателя в форме клина и оправки, соединенной с калиброванной пружиной.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Преобразователь спираль 1 жестко закреплена в оправке 2. В спирали закреплен индентор 3. На оправку 2 воздействует устройство 4 нагружения, представляющее собой клин. На спирали размещены устройства 5 возбуждения и приема колебаний пьезоэлектрические пластины.

Устройство 5 возбуждения соединено с генератором 7, а приемный элемент 6, соединен с устройством 8 измерения частоты колебаний.

Индентор опирается на образец 9. Как видно из чертежа деформация спирали на определенную величину пpиводит к возникновению усилия прижатия индентора, пропорционального деформации.

Устройство работает следующим образом.

К образцу 9 прижимается с заранее известной силой индентор 3. Калиброванное усиление создается за счет деформации пружины колебательного элемента. Включают устройство 5 возбуждения и генератор 7 и возбуждают в пружине спирали 1 резонансные колебания на одной из его собственных частот, измеряют эту частоту приемным элементом 6, соединенным с устройством 8 измерения частоты колебаний, и по ней судят о величине твердости поверхности образца.

П р и м е р. В качестве колебательной системы использована пружина, свитая по спирали Архимеда с шагом 6 мм, количество витков n 3, наружный диаметр d 45. Спираль 1 выполнена из стальной полосы марки ст.45 сечением 2х5 мм. В качестве излучателя и приемника использованы пьезоэлементы пластинки размером 1х1х8 мм, приклеенные к спирали. Спираль закреплена в скобе оправке 2, и может перемещаться в вертикальном направлении по направляющим 10. С помощью клина устройства 4 нагружения задается определенная деформация пружины для определенного внутреннего диаметра испытуемого образца 9. Постоянная величина деформации приводит к постоянной величине усилия 3Н (0,3 кГс).

Приемный элемент 6 соединен с устройством 8 измерения частоты колебаний типа УЗ-63, излучатель соединен с генератором 7 ультразвуковых колебаний 13-117.

Испытания проводили на образцах из термообработанной стали ст.45.

Результаты приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять твердость термообработанных внутренних поверхностей диаметром менее 100 мм.

Использование: для измерения твердости. Сущность изобретения: в колебательной системе электроакустического преобразователя резонансный элемент выполнен в виде спирали Архимеда, что позволяет уменьшить габариты электроакустического преобразователя и упростить конструкцию. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее блок нагружения с индентором, блок возбуждения и регистрации колебаний с резонатором, отличающееся тем, что резонатор выполнен в виде калиброванной пружины. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пружина выполнена в виде спирали Архимеда. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок нагружения выполнен в виде толкателя в форме клина и оправки, соединенной с калиброванной пружиной.