ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ НАМАГНИЧЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НАГРУЗКАХ РАСТЯЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов, в частности к приборам для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках растяжения.

Известны приборы для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках растяжения, содержащие намагничивающее устройство (НУ) в виде электрической катушки, установленное на неферромагнитной опоре, разборное приспособление с полостью для дисперсного материала, динамометрический механизм для нагружения образца [1, 2].

Общими недостатками этих приборов являются:
- повышенные габариты из-за того, что в качестве НУ использована катушка, а динамометрический механизм не связан с опорой и катушкой и вынесен за их пределы;
- пониженная точность и повышенная трудоемкость определения истинной прочности при растяжении, т.к. оно производится в незамкнутой магнитной цепи и на значения прочности влияют размеры образца и его коэффициент размагничивания, которые обусловливают различные значения истинной намагниченности и внутренней индукции B_i в образце, обеспечивающие прочное сцепление намагниченных частиц дисперсного материала. Для определения значения коэффициента размагничивания необходимо проводить дополнительные трудоемкие измерения, которые вносят свою погрешность.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату (прототипом) является универсальный прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при различных направлениях вектора индукции В_e внешнего магнитного поля к поверхности П разрушения, т.е. при различных углах Be^П и при различных нагрузках, в т.ч. растяжения, содержащий НУ в виде C-образного электромагнита с верхним и нижним полюсными элементами, поворотный стол в виде T-образного рычага с фиксатором его положения относительно НУ, вертикальную опору поворотного стола с осью его вращения и угловой шкалой с углублениями для фиксатора, динамометрический механизм, укрепленный на горизонтальной полке Г-образного стола, разборное приспособление с полостью для намагничивающегося дисперсного материала и устройство для крепления этого приспособления, смонтированное на внутренней консоли оси поворота. При этом поворотный стол закреплен на внешней консоли его оси поворота, а верхний полюсный элемент C-образного электромагнита имеет отверстие, выполненное в виде прорези. Эргонометрические характеристики прибора могут изменяться путем двоякой установки электромагнита на какое-либо основание и креплением вертикальной опоры к различным свободным торцам полюсных пластин электромагнита. Устройство для крепления разборного приспособления выполнено в виде пространственной конструкции с двумя консольными рычагами [3].

Основными недостатками прибора являются пониженная точность и повышенная трудоемкость определения истинной прочности при растяжении, т.к. оно производится в незамкнутой магнитной цепи и на значения прочности влияют размеры образца и его коэффициент размагничивания, которые обуславливают различные значения истинной намагниченности и внутренней индукции В_i в образце, обеспечивающие прочное сцепление намагниченных частиц дисперсного материала. Для определения значения коэффициента размагничивания необходимо проводить дополнительные трудоемкие измерения, которые вносят свою погрешность.

Сущность изобретения заключается в том, что прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках растяжения, содержащий НУ, выполненное в виде С-образного электромагнита с имеющим отверстие верхним и нижним полюсными элементами, стол с динамометрическим механизмом, закрепленный на НУ, разборное приспособление с полостью для намагничивающегося дисперсного материала и устройство для крепления этого приспособления, снабжен подвижным в вертикальном направлении полюсным наконечником, размещенным в отверстии верхнего полюсного элемента с обеспечением контакта его нижнего торца с образцом намагничивающегося дисперсного материала и соединения его верхнего торца с динамометрическим механизмом. При этом устройство для крепления разборного приспособления выполнено в виде неподвижного полюсного наконечника, размещенного на нижнем полюсном элементе, а нижняя часть разборного приспособления изготовлена из намагничивающегося материала. Кроме того, прибор снабжен тонкостенной втулкой из ненамагничивающегося материала, установленной в отверстии верхнего полюсного элемента.

Технический результат заключается в повышении точности и снижении трудоемкости определения истинной прочности при растяжении. Это достигается намагничиванием образца в замкнутой магнитной цепи с помощью подвижного и неподвижного полюсных наконечников, так как такое намагничивание исключает необходимость в измерении коэффициента размагничивания образца. Кроме того, выполнение устройства для крепления разборного приспособления в виде неподвижного полюсного наконечника существенно снижает трудоемкость закрепления этого приспособления.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид прибора для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов.

Прибор для определения усилия разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов содержит НУ в виде C-образного электромагнита, имеющего электрическую катушку 1, сердечник 2, верхний 3 и нижний 4 полюсные элементы, стол 5, закрепленный на НУ с расположенным на нем динамометрическим механизмом 6, подвижный 7 в вертикальном направлении и неподвижный 8 полюсные наконечники, между которыми размещен образец 9 намагниченного дисперсного материала в полости разборного приспособления, имеющего верхний захват 10 и нижнюю часть 11, изготовленную из намагничивающегося материала. Подвижный полюсный наконечник 7 имеет возможность вертикального перемещения в отверстии полюсного элемента 3 с помощью динамометрического механизма 6. Для уменьшения силы трения наконечника 7 о полюсный элемент 3, вызванной магнитным полем, в отверстии полюсного элемента 3 целесообразно помещать тонкостенную втулку 12 из ненамагничивающегося материала. Длина втулки 12 может превышать толщину полюсного элемента 3, и тогда втулка 12 обеспечивает более точное направление движения наконечника 7. Верхний торец наконечника 7 с помощью тяги 13 связан с динамометрическим механизмом 6. Нижний торец наконечника 7 соприкасается с верхним торцом образца 9 намагничивающегося дисперсного материала. Наконечник 7 соединен с верхним захватом 10 разборного приспособления, например винтами или штифтами 14. Разборное приспособление своим донышком или нижней частью 11 установлено на неподвижном полюсном наконечнике 8, который размещен на нижнем полюсном элементе 4 соосно с верхним полюсным наконечником 7, тягой 13 и образцом 9. Наконечник 8 может быть закреплен на полюсном элементе 4, например винтом, либо просто установлен без крепления. В последнем случае на полюсном элементе 4 целесообразно предусмотреть фиксатор 15 его положения для обеспечения вышеупомянутой соосности, например в виде небольшого конуса. Это позволяет быстро менять наконечник 8. Стол 5 может быть различной конструкции и по разному закреплен на НУ. Устройство для крепления разборного приспособления выполнено в виде полюсного наконечника 8, размещенного на нижнем полюсном элементе 4.

Прибор работает следующим образом. В исходном положении подвижный наконечник 7 находится в приподнятом с помощью тяги 13, связанной с динамометрическим механизмом 6, положении. Это позволяет беспрепятственно установить разборное приспособление с образцом 9 на неподвижный полюсный наконечник 8. Затем подвижный наконечник 7 опускается до соприкосновения с торцом образца 9 и соединяется, например штифтом, с верхним захватом 10. Сердечник 2, верхний полюсный элемент 3, полюсный наконечник 7, образец 9, донышко 11, полюсный наконечник 8, полюсный элемент 4 образуют замкнутую магнитную цепь, которая намагничивается с помощью электрической катушки 1 при подаче на нее постоянного безопасного напряжения до 110 В. При намагничивании частиц дисперсного материала они сцепляются между собой и образец 9 приобретает прочность, которая зависит от величины индукции магнитного поля. Нагружая его постепенно с помощью динамометрического механизма 6, тяги 13, подвижного полюсного наконечника 7 и соединенного с ним с помощью штифта 14 верхнего захвата 10, доводят образец 9 до разрушения его путем разрыва и фиксируют усилие динамометрического механизма 6. Если из этого значения усилия вычесть силу тяжести поднимаемых частей и силу трения наконечника 7 о полюсный элемент 3, то получится истинное усилие разрыва. Если это усилие разделить на площадь узкого поперечного сечения образца 9, то получится истинная прочность на разрыв образца 9 намагниченного дисперсного материала. Размещение между полюсным элементом 3 и наконечником 7 тонкой неферромагнитной втулки 12 значительно снижает силу трения и повышает чувствительность прибора. Под действием магнитных сил нижний полюсный наконечник 8 притягивается к полюсному элементу 4, а к нему притягивается донышко 11, что обеспечивает их прочное соединение.

Устанавливая определенные значения индукции B_e внешнего магнитного поля в воздухе между полюсными наконечниками 7 и 8, замеряя индукцию В_i, внутри образца 9 и определяя прочность при каждом из этих значений, можно легко установить зависимость истинной прочности при растяжении любого намагниченного дисперсного материала от индукции B_e или B_i (без определения коэффициента размагничивания образца).

Предложенный прибор по сравнению с прототипом позволяет уменьшить трудоемкость и повысить точность определения истинной прочности при растяжении образца намагниченного дисперсного материала.

Источники информации
1. Закута М. Б. , Панасюк Л.С., Шуляк B.C. Методика определения прочностных характеристик магнитных форм из ферромагнитных сыпучих материалов // Формовочные материалы и формообразование. - Киев, ИПЛ АН УССР, 1975. - с. 161-163.

2. Черногоров П.В., Никифоров А.П., Левшин Г.Е. Магнитные и прочностные свойства материалов для магнитных форм // Литейное производство, 1975, N 11, с.18-20.

3. Патент N2119152 РФ, МПК6 G 01 N 3/00. Прибор для определения усилий разрушения намагниченных дисперсных материалов // Левшин Г. Е. , 1995 (прототип).

Использование: исследования прочностных свойств материалов, в частности приборы для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках растяжения. Сущность изобретения: намагничивающее устройство выполнено в виде С-образного электромагнита с имеющими отверстие верхним и нижним полюсными элементами. На намагничивающем устройстве закреплен стол с динамометрическим механизмом. Намагничивающийся дисперсный материал размещается в полости разборного приспособления. Прибор снабжен подвижным в вертикальном направлении полюсным наконечником, установленным в отверстии полюсного элемента с обеспечением контакта его нижнего торца с образцом намагничивающегося дисперсного материала и соединения его верхнего торца с динамометрическим механизмом. Устройство для крепления разборного приспособления выполнено в виде неподвижного полюсного наконечника, размещенного на нижнем полюсном элементе. Нижняя часть разборного приспособления изготовлена из намагничивающегося материала. Технический результат - повышение точности и снижение трудоемкости определения истинной прочности при растяжении. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Прибор для определения усилий разрушения образцов намагниченных дисперсных материалов при нагрузках растяжения, содержащий намагничивающее устройство, выполненное в виде С-образного электромагнита с имеющими отверстие верхним и нижним полюсными элементами, стол с динамометрическим механизмом, закрепленный на намагничивающем устройстве, разборное приспособление с полостью для намагничивающегося дисперсного материала и устройство для крепления этого приспособления, отличающийся тем, что он снабжен подвижным в вертикальном направлении полюсным наконечником, размещенным в отверстии верхнего полюсного элемента с обеспечением контакта его нижнего торца с образцом намагничивающегося дисперсного материала и соединения его верхнего торца с динамометрическим механизмом, при этом устройство для крепления разборного приспособления выполнено в виде неподвижного полюсного наконечника, размещенного на нижнем полюсном элементе, а нижняя часть разборного приспособления изготовлена из намагничивающегося материала. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен тонкостенной втулкой из ненамагничивающегося материала, установленной в отверстии верхнего полюсного элемента.